В Гатчине запущен «Циклотрон-80»
Этого ждали больше четверти века. Предложение зародилось в ПИЯФе, Петербургском институте ядерной физики имени Б. П. Константинова, когда он еще назывался Ленинградским. В 1990 году. Тогда циклотроны, ускоряющие отрицательные ионы водорода, в мире только начали разрабатывать. Как говорят пияфовцы, проект набрал обороты в 2010-м, когда институт вошел в научно-исследовательский центр «Курчатовский институт». Сам ускоритель создавали вместе с металлостроевским НИИ электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) им. Д. В. Ефремова, который входит в госкорпорацию «Росатом». Эта наука, хотя и фундаментальная, не далека от народа: циклотрон будет работать и на лечение онкологических заболеваний.
Под циклотроном, этажом ниже, не менее внушительное сооружение — «корневая система» LS-80. ФОТО предоставлено ПИЯФ им. Б. П. Константинова
- Радиация? Да какая там радиация... У нас вот сотрудник в 64 года отцом стал, - сообщает Евгений Иванов, заведующий ускорительным отделом.
Идем по коридорам одного из корпусов ПИЯФа, на здании - мемориальная табличка: здесь в 1967 году состоялся запуск синхроциклотрона. У того синхроциклотрона мощность 1000 МэВ. У нового циклотрона - 80 МэВ. Ума хватает, чтобы рассудить: восемьдесят - это несколько меньше, чем тысяча. Однако создатели синхроциклотрона упорно разрабатывали этот «восьмидесятник». И тогда и сейчас его называют уникальным. В России подобного нет. Похожий сделала Бельгия, Cyclone-70. Но и тут понимаем, что 70 - меньше, чем 80.
В зале размером с пришкольную спортплощадку (высоченные потолки, жизнерадостные желтые тона) - гудение. Это не от циклотрона-ускорителя, это вентиляция. Циклотрон - мудреное сооружение высотой с одноэтажный домик. От него по полу красным скотчем метров на 20 тянется линия разметки. На конце линии - стрелочка. Упирается в обычный черный офисный стул.
- Здесь будет кабина для терапии протонными пучками, - объясняет Евгений Иванов. - Кресло - макет. Настоящее кресло, в котором будет сидеть пациент, - конечно, специальное. А линия со стрелкой показывает направление протонного пучка.
- Для лечения опухоли важно сформировать пучок частиц с нужными характеристиками, чтобы облучение не вредило здоровым тканям и действовало только на опухоль, - говорит Владимир Максимов, замдиректора ПИЯФа по перспективным разработкам.
На просьбу объяснить популярно, «как это работает», Владимир Максимов вспоминает анекдот. Профессор - студенту на экзамене: «Ну, голубчик, расскажите, как работает трансформатор». - «У-у-у-у», - изображает студент гудение трансформатора.
- Объяснить популярно... Отрицательно заряженный ион водорода вбрасывается в центральную плоскость циклотрона. Разгоняется до определенных энергий и скоростей. После чего электрон определенным способом отрывается и протонный пучок идет в нужном направлении.
В мире протонная терапия зарекомендовала себя высокой ремиссией. Проведено 50 тысяч облучений разных органов; 30 - 40% случаев - терапия органов зрения. Для таких процедур как раз и нужны энергии 60 - 80 МэВ.
Особенность «Циклотрона-80» - в многозадачности.
- Первая задача - производство изотопов. Вторая - терапия онкологических заболеваний органов зрения, - комментирует Евгений Иванов.
У бельгийцев ускоритель только вырабатывает изотопы.
Сейчас на переднем крае в диагностике - позитронно-электронная томография. ПЭТ. Для нее нужны изотопы, но не простые, а позитронные «распадчики», «бета плюс распад». Такие получают только на циклотронах. Изотопы нужны короткоживущие, чтобы пациента не переоблучать. Сейчас и в России производят циклотроны для короткоживущих изотопов, для этого хватает энергий 10 - 20 МэВ. По-хорошему поставить бы по такому ускорителю в каждом радиологическом отделении: получаем короткоживущий изотоп, делаем фармпрепарат, вводим пациенту, помещаем человека в ПЭТ-камеру и диагностируем. Изотоп распадется за десяток минут, а то и за минуту.
«По-хорошему» - да. «По жизни» это удовольствие стоило бы до 6 млн евро за ускоритель. Плюс оборудование для химлаборатории. Плюс специалисты.
Выход как раз в «Циклотроне-80». Он может делать генераторные (материнские) изотопы долгоживущие. К примеру, у стронция-82 период полураспада месяц. Делаем долгоживущий изотоп, развозим по клиникам (хоть в дальние регионы), и уже на месте из долгоживущего «добывают» короткоживущий рубидий-82. Врачи называют этот процесс «доением».
Еще одна особенность Ц-80 - в крайне малых потерях пучка при ускорении.
- Мы, повторю, ускоряем не протоны, а отрицательные ионы водорода. На атом водорода «сажаем» электрон - и ускоряется отрицательный заряд. В пучок вдвигается углеродная фольга микронной толщины, и, когда пучок попадает на фольгу, электрон «отпадает», знак становится положительным, пучок меняет траекторию, и мы практически ничего не теряем.
Непонятно? Тогда так. Вот берете железнодорожную гайку. Большую. Крепите ее к веревочке... ну на шарик из жвачки. И начинаете раскручивать. Пока радиус вращения мал, гайка, может, и удержится на нитке. Раскрутите сильнее - гайка отлетит. Это называется диссоциация.
- Вот у нас то же самое, - говорит Евгений Иванов. - Связь между атомом водорода и электроном очень слабая. Встретит любую молекулу - слетит. Поэтому при ускорении может произойти и потеря пучка и радиоактивация камеры.
Так вот физики продумали магнитное поле таким образом, чтобы оно состояло из своеобразных «холмов» и «долин». В «холмах» поле большое, в «долинах» - меньше. Если говорить просто, так удается регулировать отрыв электрона. Потери на диссоциации в нашем циклотроне всего 3%. В бельгийском, говорят, больше.
«Когда начнется лечение?» - спрашиваем Евгения Иванова.
- Скажу так. Вот этим циклотроном очень-очень долго занимались. Но в 2010 году дали 155 млн рублей, на второй год — 104 млн рублей, и за два с половиной года удалось сделать все механизмы, купить оборудование и прочее. Сколько еще нужно денег? Весь комплекс - это дешевле, чем билет для космических туристов на МКС. Это сравнимо, пожалуй, с одним МиГ-29.
...В тот день красная лента на полу, имитирующая движение пучка, была не единственной. Другую красную ленту перерезали, открывая «Циклотрон-80», президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук и генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев.
- Было подписано соглашение о широкомасштабном взаимодействии, - сообщил Михаил Ковальчук.
- Главное решение, которое мы приняли здесь, в Гатчине, - это решение об объединении активов и компетенций по направлению «ядерная медицина», - добавил Алексей Лихачев. - Будет создано совместное предприятие, которое замкнет весь цикл — от производства изотопов до диагностики и терапии.
У «Росатома» уже есть предприятие Rusatom Healthcare, но, по словам главы корпорации, «не меньше, а в некоторых аспектах и больше компетенций накоплено у Курчатовского института».
- «Росатом» - крупнейший в мире производитель изотопов, при этом у нас недостаточны и количество и номенклатура радиофармпрепаратов, - комментирует Михаил Ковальчук. - С созданием совместной компании мы резко увеличим их производство, а симбиоз мощностей «Росатома» (машиностроительных, технологических) и научных компетенций Курчатовского института позволит быстро разработать и внедрить принципиально новые изотопные тесты.
Медицина - только часть работы циклотронного комплекса. Алексей Лихачев приводит еще один пример применения: точнейшая датировка, скажем, произведений искусства. Позволит отличать оригиналы от подделок. Но главная цель Ц-80 - исследования. В частности - материалов на радиационную стойкость: как они поведут себя в космосе, в реакторе.
Напомним, через два года на гатчинской площадке должен выйти на проектную мощность реакторный исследовательский комплекс ПИК. По словам Михаила Ковальчука, «мы будем иметь здесь самый мощный в мире исследовательский нейтронный реактор». И, как говорит Алексей Лихачев, таким образом «получим 20-летний конкурентный запас технологий по всему спектру необходимой проблематики».
Статья опубликована в номере газеты «Санкт-Петербургские ведомости» от 04.04.2017 под заголовком «С ускорением».
Комментарии