Каким будет циклотронный центр в Словакии
Как уже сообщалось, в 1998 года Лаборатория ядерных реакций им. Г. Н. Флерова в сотрудничестве с АО “Атомэнергоэкспорт” и Государственным специализированным институтом Минатома России проводила работы по созданию технического задания на проектирование Циклотронной лаборатории (ЦИЛАБ) при Словацком метрологическом институте (г. Братислава).
С 14 по 18 декабря в Словацком метрологическом институте состоялось совещание словацких и российских организаций по вопросам сооружения ЦИЛАБ. Словацкие эксперты, представляющие Министерство здравоохранения, Министерство образования, Академию наук, Управление по стандартизации, метрологии и тестированию СР, констатировали высокий научно-технический уровень работ, выполненных в рамках создания технического задания на проектирование ЦИЛАБ. Принимая во внимание уникальность создаваемого комплекса по количеству высокотехнологичных установок и значимость объекта для страны, проектируемую Циклотронную лабораторию решено переименовать в Циклотронный центр Словацкой Республики (ЦЦСР).
С 25 по 30 января в Объединенном институте ядерных исследований было проведено рабочее совещание по ЦЦСР. От Словацкой Республики в совещании приняла участие группа экспертов под руководством исполнительного секретаря Комитета по стандартизации, метрологии и тестированию СР доктора Я. Ружички, в составе докторов Й. Криштиака и М. Фулопа. В ходе совещания участники рассмотрели вопросы дальнейшего развития работ по созданию центра. В качестве первоочередных были определены работы по созданию лаборатории на базе ЭЦР-источника и начало работ по проектированию базового циклотрона DC72.
По просьбе редакции сотрудники ЛЯР, участвующие в Словацком проекте, подготовили для публикации в нашей газете краткое описание технических характеристик и возможностей будущего Циклотронного центра в Братиславе.
Основной ускорительной установкой ЦЦСР является базовый циклотрон DC72 ускоренных протонов и тяжелых ионов. По параметрам ускоряемых ионов он является уникальной ускорительной установкой, обеспечивающей высокие интенсивности пучков легких ионов высоких энергий и, в то же время, ускорение тяжелых ионов низких энергий. Спектр ионов и энергий накладывает противоречивые требования на системы и компоновку циклотрона. Специалисты ЛЯР ОИЯИ (руководитель работ - Г. Г. Гульбекян) разработали концептуальный проект циклотрона DC72, каналов пучков и систем обеспечения, а также провели расчетные работы и составили технические задания на проектирование элементов и систем в целом. С учетом многих факторов была выбрана магнитная структура циклотрона. При ее синтезе учитывались как стоимость создания, так и стоимость эксплуатации. Были разрешены противоречия между требованиями подсистем, проанализирована динамика пучка в процессе ускорения.
В ЦЦСР будет реализован комплекс по производству радиоактивных изотопов йода-123, фтора-18, углерода-11, азота-13, кислорода-15, рубидия-81, галлия-67, индия-111, таллия-201 и радиофармпрепаратов (РФП) на их основе. Производство короткоживущих изотопов планируется на базе циклотрона DC72, в то время как наработка ПЭТ изотопов (ПЭТ-позитронная эмиссионная томография) будет осуществляться на специализированном ПЭТ-циклотроне. В основе концепции производства изотопов и РФП положены требования по радиационной безопасности и производству РФП, принятые ЕС, и правила GMP (Good Manufacturing Practice). Последнее обстоятельство позволяет производить РФП не только для прикладных, но и для коммерческих целей. С учетом жестких нормативных требований к производствам такого типа в Европе, к разработке технического задания была привлечена специализированная немецкая фирма Hans Wдlischmiller GmbH.
В рамках ЦЦСР планируется создание установки для облучения внутриглазных мишеней на протонном пучке циклотрона DС72. Тем самым возникает возможность осуществления одного из перспективных методов лечения онкологических больных - лучевой терапии злокачественных опухолей пучками протонов. В настоящее время облучение внутриглазных мишеней протонными пучками проводится в 14 центрах протонной терапии, облучено уже около 8 тысяч пациентов и накоплен значительный опыт. Лечение меланомы глаза протонными пучками может считаться одним из наиболее успешных методов лечения рака. Кроме лечения злокачественных опухолей протонная терапия применяется и для лечения ряда других болезней, приводящих к частичной и даже полной потере зрения. В техническом задании, разработанном специалистами ЛЯП ОИЯИ в сотрудничестве со словацкими экспертами (руководители работ – А. Г. Молоканов и П. Ковач), обоснована возможность создания установки для протонной терапии глаза в ЦЦСР, которая полностью обеспечит потребности в проведении лечения современными методами больных со всей территории Словакии.
Еще одним медицинским подразделением ЦЦСР является участок терапии быстрыми нейтронами. Рассмотрены предпосылки применения быстрых нейтронов в лучевой терапии онкологических больных. Пучки быстрых нейтронов не имеют преимуществ в отношении геометрического распределения поглощенной дозы по сравнению с обычно применяемыми видами радиации (гамма-лучи и электроны), однако, обладают благоприятными изменениями ряда факторов биологического действия, связанными с высокими значениями линейных передач энергии. Это, например, повышенное значение относительной биологической эффективности, сниженное значение кислородного отношения, меньшая зависимость от фазы клеточного цикла и режима фракционирования. Нейтронная терапия является значительно более сложной процедурой по сравнению с традиционной гамма-терапией, что и определяет целый ряд дополнительных требований по гарантии качества, необходимых для проектирования участка терапии быстрыми нейтронами в ЦЦСР. Техническое задание на этот участок ЦЦСР разрабатывалось в ЛЯП ОИЯИ в сотрудничестве со специалистами из Словакии (руководители работ - Е. П. Череватенко и М. Фулоп).
Сотрудниками ЛНФ и ГНЦ ФЭИ (г. Обнинск) (под руководством В. И. Фурмана и А. А. Говердовского) разработана концепция размещения в ЦЦСР лаборатории нейтронных исследований в интересах фундаментальной науки, промышленных, экологических и других применений. Особое внимание уделено вопросам образовательного характера. Представлены и подробно изложены проблемы организации работ с применением плотных потоков быстрых нейтронов с энергией до 70 МэВ. Нейтронный источник ЦЦСР предложено спроектировать таким образом, чтобы были доступны как квазимоноэнергетические нейтроны из тонких литиевых и бериллиевых мишеней, так и нейтроны непрерывного спектра. Техническое задание сформулировано для всех принципиальных элементов нейтронного канала - нейтронодающей мишени и охлаждаемого мишенедержателя, стационарного коллиматора нейтронов, камеры рассеяния, спектрометров нейтронов, системы сбора и обработки экспериментальной информации. Выполнены теоретические расчеты ожидаемых нейтронных выходов и активации ряда нейтронодающих мишеней.
Выполнение проекта ЦЦСР обеспечит возможность использования пучков тяжелых ионов с массами от 4 до 129 а.е.м. и, возможно, более тяжелых с энергиями около и выше кулоновского барьера для большинства доступных мишеней из области редких земель, Au, Pt, Pb, Bi и актинидных элементов. С использованием пучков тяжелых ионов и физических экспериментальных установок, обладающих высокими эффективностью и разрешением, становится возможным проведение экспериментов по исследованию многих аспектов динамики ядерных реакций. Одной из предлагаемых экспериментальных установок в рамках проекта ЦЦСР является рекойл масс-сепаратор продуктов ядерных реакций, обладающий большим аксептансом и высоким разрешением. Применение предлагаемого группой специалистов (руководители работ - А. В. Еремин и Ш. Шаро) сепаратора с использованием пучков тяжелых ионов циклотрона в рамках проекта ЦЦСР представляет большой интерес для исследований по следующим направлениям:
Предполагается, что установка будет укомплектована современным физическим оборудованием, поэтому большую роль имеет возможность приобретения студентами-физиками ценного опыта работы с экспериментальным оборудованием в процессе эксплуатации и проведении экспериментов.
Окончательный выбор схемы и определение параметров сепаратора, составление плана-графика работ по разработке проектной документации и изготовления отдельных узлов сепаратора производится совместно специалистами Дубны и словацкими специалистами.
Создаваемый циклотронный комплекс предназначен для ускорения ионов с А Ј 130 и энергиями от единиц до 72 МэВ/нуклон. С точки зрения радиационной безопасности, он является локальным техногенным источником повышенного радиационного риска. Радиационную безопасность работы ускорителя обеспечит целый комплекс мероприятий, включающих физические меры защиты людей от излучения, организационно-технические меры, гарантирующие безопасную работу, радиационный контроль и качество радиационной безопасности. Различные аспекты радиационной безопасности и варианты конкретных технических и организационных решений предложены специалистами ОРРИ ОИЯИ под руководством В. Е. Олейникова. Основой для этих решений являются, главным образом, исходные физические характеристики всех возможных источников излучения и выбор надлежащих критериев для проектирования, основанных на современных концепциях радиационной безопасности и международных нормах.
Комплекс ЦЦСР планируется разместить на территории словацкого Метрологического института в Братиславе. К настоящему времени специалистами ГСПИ проведена работа по сбору исходных данных, перечню основных документов и нормативной документации, на основании которых разработано Техническое задание комплекса ЦЦСР. Приведены требования и предварительные решения по технологической компоновке здания, общестроительной части и инженерному обеспечению здания, подготовлены архитектурно-строительные и технологические чертежи здания.
С. ДМИТРИЕВ, А. ЧУМБАЛОВ