C 2021 года специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) работают над созданием ускорительного нейтронного источника для лечения злокачественных опухолей методом бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) для НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России (г. Москва). Работа профинансирована Правительством РФ в рамках государственной программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации».
В конце года физики ИЯФ СО РАН получили протонный пучок с проектными параметрами и подтвердили стабильность работы ускорителя БНЗТ – сейчас установка разбирается и готовится к отправке в Москву. Кроме того, специалисты ИЯФ СО РАН разработали отечественную технологию диагностики пучка заряженных частиц, необходимую для контроля облучения пациента. Ранее оборудование для проведения этой диагностики закупалось во Франции, но благодаря новой разработке физики больше не привязаны к иностранным закупкам.
БНЗТ – один из перспективных высокотехнологичных методов терапии злокачественных новообразований. В кровь человека вводится борсодержащий раствор, после чего бор накапливается в раковых клетках. Затем опухоль облучают потоком нейтронов, которые поглощаются ядрами бора, происходят ядерные реакции с большим энерговыделением, в результате больные клетки погибают. Методика проверена на ядерных реакторах, которые ранее использовались в качестве источника нейтронов, но внедрение БНЗТ в клиническую практику на них затруднительно. Для этих целей больше подходят ускорители заряженных частиц, потому что они компактны, безопасны и обеспечивают лучшее качество нейтронного пучка.
Идея источника нейтронов на основе нового типа ускорителя заряженных частиц – ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и литиевой нейтроногенерирующей мишенью – была предложена в ИЯФ СО РАН в 1997 г., после чего здесь же была создана первая установка, на которой проводились экспериментальные исследования. В 2021 г. в Правительство России выделило финансирование на проведение исследований в области лечения рака методом бор-нейтронозахватной терапии. С этого момента сотрудники ИЯФ СО РАН приступили к созданию источника нейтронов для НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России.
«После приезда премьер-министра РФ М.В. Мишустина в Новосибирск в 2021 г. было принято принципиальное решение о введении бор-нейтронозахватной терапии в российскую медицинскую практику, – прокомментировал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Таскаев. – Было выделено государственное финансирование на строительство специалистами ИЯФ СО РАН ускорительного источника нейтронов для НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина, где и запланированы последующие клинические испытания. В июле 2024 г. мы получили первый, импульсный, пучок протонов, а к концу года – стационарный, довели его до проектных параметров и измерили его фазовый портрет».
Специалисты ИЯФ СО РАН получили проектные характеристики пучка по энергии и току, а также подтвердили стабильность работы ускорителя.
«Проектные параметры пучка, прописанные в контракте с НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Минздрава России, составляют 2.3 МэВ и 7 миллиампер, – добавил научный сотрудник ИЯФ СО РАН Иван Щудло. – Именно при такой энергии и токе протонный пучок на выходе из ускорителя транспортируется через пару квадрупольных линз и поворотный магнит до литиевой мишени, где в ядерной реакции генерируются нейтроны. И именно при таких параметрах мы можем получить нейтроны нужного спектра, которые потом, с помощью специальной системы формирования, превращаются в необходимый для терапии нейтронный пучок. Мы достигли этих параметров и сейчас можем с уверенностью сказать, что ускоритель работает стабильно в заданном режиме, никаких проблем не возникает, пробоев нет, а значит мы благополучно запустим его в Москве».
Важным средством диагностики пучка заряженных частиц является бесконтактный датчик тока. Он позволяет измерять ток пучка без какого-либо воздействия на сам пучок. Особое значение датчик имеет для работ в области БНЗТ, поскольку именно с его помощью осуществляется контроль за облучением, воздействующего на человека. Бесконтактные датчики тока пучка разрабатывались и изготавливались в ИЯФ СО РАН, начиная с 70-х годов, но позже технология была утеряна, поэтому последние 15-20 лет потребности ИЯФ СО РАН в бесконтактных датчиках тока пучка удовлетворялись за счет покупки датчиков фирмы BERGOZ (Франция). С введением санкций ситуация изменилась, и покупать датчики стало крайне затруднительно, поэтому специалисты ИЯФ СО РАН решили начать самостоятельную разработку и изготовление таких устройств.
«Ключевым элементом бесконтактного датчика тока пучка, определяющим точность измерений, является магнитный компаратор на основе двух колец из пермаллоя, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат технических наук Геннадий Карпов. – Разработка и изготовление данных колец включает в себя множество этапов, на каждом из которых есть свои нюансы, существенно влияющие на точность измерений. Для ускорительного нейтронного источника для клиники Блохина мы изготовили первые два датчика, по своим параметрам сравнимым с датчиками от фирмы BERGOZ. Точность измерения тока пучка этих датчиков на уровне 0,1%».
По словам Сергея Таскаева, сейчас установка разбирается и готовится к отправке в Москву. «Я искренне надеюсь, что мы вместе с врачами приступим к проведению клинических испытаний методики БНЗТ со следующего года, что сделает Российскую Федерацию четвертой страной в мире, освоившей новую методику лечения злокачественных опухолей», – добавил специалист.