Ядерные мастодонты
или тысячи метров в длину. Это далеко не предельные размеры ныне действующих ускорителей ядерных частиц тех самых представителей атомного микромира, о которых только что шла речь. Гигантские размеры линейных ускорителей, синхротронов, фазотронов и других машин, сложнейшее оборудование, среди которого в особом почете огромные магниты и магнитные линзы, нужны для того, чтобы разогнать ядерные частицы до фантастических скоростей и тем самым нагрузить их колоссальной энергией порядка миллионов (МэВ) и миллиардов (ГэВ) электрон-вольт. Такая энергия превращает и без того вездесущие «пули» в разрушительные «снаряды», моделирующие происходящие в природе микрокатастрофы и тем самым открывающие все новые тайны мироздания.
В последние 1520 лет, однако, возможности ядерных мастодонтов стали пытаться использовать для практических, земных дел, прежде всего, для улучшения лучевых методов лечения рака. Совсем недавно для того, чтобы познакомиться со специально выведенными для медико-биологических целей пучками протонов высоких энергий, нужно было отправиться в США, в Швецию или в Швейцарию. Сегодня это легко сделать, посетив г. Дубну ядерную мекку стран СЭВ, или Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) в Москве, или Ленинградский институт ядерной физики (ЛИЯФ) в г. Гатчине, или, наконец, Институт физики высоких энергий (ИФВЭ) в Протвино.
В Дубне нас любезно примет директор лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований член-корреспондент АН СССР Венедикт Петрович Джелепов. Он первым откликнулся на предложение лидера отечественной онкологии академика АМН СССР Николая Николаевича Блохина и профессора Аркадия Иосифовича Рудермана изучить возможности клинического использования протонов, в изобилии получаемых на 780-МэВ-ном синхроциклотроне. На этом ускорителе выведен специальный медико-биологический пучок протонов с энергией 160180 МэВ. Здесь же оригинальным способом, разработанным под руководством О. В. Савченко, получен пучок отрицательных пи-мезонов. Это чрезвычайно интересные ядерные частицы. Они имеют положительный заряд, но по своей массе намного легче протона, хотя в 173 раза превышают массу электрона. Отрицательные пи-мезоны с энергиями 25 100 МэВ обладают уникальными особенностями. Весь свой путь в ткани до полного торможения они проходят почти без ядерных взаимодействий, а в конце пробега со 100 %-ной вероятностью захватываются ядрами атомов ткани. Так как при этом в ядро вносится очень большая энергия, равная массе покоя пи-мезона (140 МэВ), то, как правило, каждый акт его поглощения сопровождается разрушением ядра и вылетом нейтронов, протонов, α-частиц, ионов Li, β и других плотноионизирующих частиц, создающих большое локальное энерговыделение в непосредственной близости от места захвата пи-мезона. Эта особенность взаимодействия отрицательных пи-мезонов (образование «звезд») явилась основанием для начала работ по их применению в лучевой терапии опухолей, интенсивно проводящихся сейчас в СССР й США. Мы вернемся к ним специально, когда будем рассматривать возможности лечебного применения ионизирующих излучений.
Другая группа энтузиастов применения достижений ядерной физики и ускорительной техники в медицине встретит нас в ИТЭФ. Здесь она представлена директором Института профессором Иваном Васильевичем Чувило, профессором Львом Лазаревичем Гольдиным, В. С. Хорошковым и М. Ф. Ломановым. Ими осуществлен оригинальный вывод протонов в диапазоне 70200 МэВ на 7-ГэВ-ном синхротроне с внутреннего участка ускорительной траектории (равновесной орбиты) в моменты, соответствующие определенным энергетическим ступеням. Этим обеспечивается моноэнергетичность пучка и возможность его использования независимо от работы ускорителя для физических целей.
Упсала и супермастодонты
Душа биологических исследований на этом ускорителе профессор Бёри Ларсон. Он физик и биолог по образованию один из пионеров использования протонов высоких энергий в онкологии, начал эти работы еще в середине 50-х годов.
Ларсон автор проекта многоканального протонного комплекса, который рассчитан на одновременное лечение нескольких больных. Это очень интересный проект, однако он не находит своей реализации в Швеции, так как государство не идет на выделение требуемых для строительства больших денежных средств.
Но то, что невозможно в Швеции, абсолютно реально в Советском Союзе. У нас в Онкологическом научном центре предусмотрено Строительство аналогичного комплекса, который рассчитан на ежедневное лечение 100 пациентов, что полностью обеспечивает потребности региона с 8 млн. жителей.
Крайне интересны перспективы развития ядерных установок Дубны. Здесь проектируется реконструкция синхроциклотрона Лаборатории ядерных проблем, рассчитанная на повышение интенсивности внутреннего пучка протонов в 100200 раз и на получение мощных потоков отрицательных пи-мезонов. Здесь же проектируется выведение пучков ускоренных многозарядных ионов. На всех этих ускорителях супермастодонтах можно будет, кроме того, получать короткоживущие радиоактивные изотопы для диагностики многих заболеваний.