Самый большой линейный ускоритель протонов в Евразии. Экскурсия по Институту ядерных исследований РАН
Об ультра-флеш-терапии раковых клеток, доступной только в России, получении медицинских изотопов и работе линейного ускорителя частиц в Троицке рассказали ученые ИЯИ РАН
Владимир К.
В наукограде Троицке более 20 лет работает линейный ускоритель протонов с одноимпульсным режимом излучения, аналогов которому нет в мире. Чрезвычайно высокая интенсивность излучения оказалась полезной для медицины, и сегодня в Институте ядерных исследований (ИЯИ РАН) ученые работают с раковыми клетками, облучая их в ультра-флеш-режиме, впервые позволяющем подвести всю дозу облучения к опухоли за 100 мкс.
Институт ядерных исследований был основан в 1970 г. по инициативе отделения физических наук Академии наук СССР для изучения нейтрино. Протяженность линейного ускорителя, открытого в 1993 г., составляет 500 м.
«Это пример мегаустановки, которая не ограничивается одним зданием или помещением. У нас работает самый большой действующий линейный ускоритель протонов в Евразии. <…> В числе наших фундаментальных задач ― исследование свойств различных материалов с помощью работы на нейтронных источниках излучения, изучение и развитие протонной флеш-терапии для лечения онкологических заболеваний и многое другое. К прикладным задачам можно отнести исследование влияния радиации на микроэлектронику, наработку медицинских изотопов для позитронно-эмиссионной томографии», ― рассказал кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией пучка отдела ускорительного комплекса ИЯИ РАН Сергей Александрович Гаврилов.
Ускоритель протонов ИЯИ РАН.
Структура с шайбами и диафрагмами, работающая на базовом принципе резонансного ускорения. Протонный ускоритель ИЯИ РАН.
Сергей Александрович Гаврилов рассказывает о работе протонного ускорителя ИЯИ РАН.
В институте с помощью линейного ускорителя получают радионуклиды для ядерной медицины: стронций–82, палладий–103, олово–117m, германий–68, натрий–22, кадмий–109. Здесь же работает комплекс протонной терапии. Пучки от ускорителя доставляются напрямую в процедурный кабинет: канал протонов, находящийся в конце ускорителя, позволяет выводить протоны с переменной энергией до 600 МэВ и интенсивностью до 100 нА.
Импульсный источник нейтронов, изотопный комплекс и комплекс протонной терапии на базе линейного ускорителя протонов ИЯИ РАН ― единственный научный комплекс подобного типа в России и Евpо-Азиатском pегионе.
«Самый перспективный изотоп, который мы можем получать здесь в больших количествах ― актиний–225. Этот изотоп испускает тяжелые альфа-частицы, имеющие большую энергию. Доставляя его в конкретную больную раковую клетку, мы можем уничтожить ее. Это новое направление. С помощью нашего ускорителя можно получать огромное количество этого изотопа ― в таких количествах его не получают нигде в мире», ― прокомментировал заведующий Радиоизотопным комплексом ИЯИ РАН Борис Леонидович Жуйков.
Заведующий Радиоизотопным комплексом ИЯИ РАН Борис Леонидович Жуйков.
Скорость частиц на ускорителе достигает релятивистских скоростей: десятых долей от скорости света, а энергия измеряется десятками МэВ.
«Такие скорости в обычной жизни вокруг себя мы не наблюдаем. Сегодняшний уровень технологий не позволяет макроскопическим телам достигать таких скоростей», ― пояснил С.А. Гаврилов.
Крайне высокая интенсивность излучения ускорителя ИЯИ РАН оказалась полезной не только для фундаментальных задач физики и химии, но и для практической медицины. Эксперименты ученых по облучению клеток раковых опухолей протонами с помощью ультра-флеш-метода уже дают многообещающие результаты. Ускоритель позволяет подвести всю дозу в 40–50 Гр за 100 мкс, в 5 тыс. раз быстрее, чем в обычном флеш-режиме. При таком ультракоротком облучении нормальные клетки повреждаются в 5–6 раз меньше, чем при обычной лучевой терапии.
Ультра-флеш-терапия подействовала даже на радиорезистентную опухоль.
«Лучевое повреждение в виде апоптоза радиорезистентных опухолевых клеток оказалось в 1,5–2 раза сильнее, чем нормальных, что позволяет говорить, что ультра-флеш-терапия адресно воздействует на больные клетки, сохраняя при этом окружающие их нормальные клетки», ― рассказали в пресс-службе института.
Главный научный сотрудник ИЯИ РАН С.В. Акулиничев. Комплекс протонной терапии на базе линейного ускорителя протонов ИЯИ РАН.
При проведении лучевой терапии в области головы и шеи для пациента изготавливают индивидуальную маску из пластика.
Новый метод ультра-флеш-терапии на текущий момент доступен только в ИЯИ РАН. «Подобных ускорителей с одноимпульсным режимом излучения нет больше нигде в мире», ― пояснил главный научный сотрудник ИЯИ РАН Сергей Всеволодович Акулиничев.
По словам ученого, главная задача на ближайшее время ― набрать статистику по экспериментам, связанным с ультра-флеш-терапией и, пройдя все необходимые этапы, прийти к клиническим испытаниям с привлечением добровольцев.
Исследования ультра-флеш-терапии онкологических заболеваний в ИЯИ РАН проводятся за счет гранта от Российского научного фонда.
