Последние десятилетия отмечены интенсивным внедрением методов ядерной физики и наукоемких технологий в области, непосредственно связанные с качеством человеческой жизни и, в частности, с развитием совершенно новых отраслей медицины. Использование достижений фундаментальной ядерной науки послужило основой создания совершенно нового направления современной медицины - ядерной медицины. Уникальность методов ядерной медицины состоит в том, что они позволяют диагностировать функциональные отклонения жизнедеятельности органов на самых ранних стадиях болезни, когда человек еще не чувствует симптомы заболевания. Это позволяет быстрее обнаруживать и лечить большое количество разнообразных заболеваний, существенно экономя средства на лечение. Технологии ядерной медицины, направленные как на диагностику, так и на терапию заболеваний, в основном базируются на использовании различных видов излучений радиоактивных нуклидов. Радиоактивные нуклиды или радиоактивные изотопы - это атомы, ядра которых в отличие от ядер стабильных изотопов, из которых состоит весь окружающий нас мир, имеют другое число нейтронов. Скажем, если ядра углерода-12 и углерода-13, имеющие заряд ядра Z=6 и число нейтронов соответственно 6 и 7, являются стабильными, то ядро углерода-11 с тем же зарядом и числом нейтронов 5 является радиоактивным и распадается с испусканием позитронов - положительно заряженных бета- частиц.
С самого начала основными источниками получения медицинских радионуклидов являлись реакторы на тепловых нейтронах. Поскольку в последнее десятилетие во многих странах ширится общественное движение за запрет строительства новых реакторов, а также за закрытие старых, ученые ведут интенсивный поиск новых методов производства радионуклидов для медицины. В настоящее время на первое место в производстве радионуклидов выходят ускорители заряженных частиц – циклотроны, как наиболее безопасные и надежные технологические установки. Кратко процесс получения
какого-либо радионуклида может быть описан следующим образом. Мишенное
вещество (мишень) ставится на облучение пучком бомбардирующих частиц
– это могут быть протоны, альфа-частицы (альфа-частица - это ядро атома
гелия-4, имеющее два протона и два нейтрона) или тяжелые ионы. В результате
ядерных реакций в веществе мишени образуются различные радионуклиды.
Для получения максимального количества требуемого радионуклида необходимо
иметь определенное мишенное вещество высокой чистоты и определенный
тип пучка бомбардирующих частиц высокой интенсивности. После заданного
времени облучения мишень направляется в горячую камеру, где радиохимическими
методами производится выделение нужного радионуклида. Набор производимых на циклотронах радионуклидов во много раз шире
и разнообразнее, чем получаемых на реакторах. Используя мишени, содержащие
уран-238, в реакции деления на протонных пучках можно в большом количестве получать те же радионуклиды, что и на реакторах
на тепловых нейтронах. При этом важно подчеркнуть, что только на ускорителях
заряженных частиц можно производить радионуклиды, излучающие позитроны
и используемые для ПЭТ – позитронно-эмиссионной
томографии. Среди них стронций-82 — генераторный радиоизотоп, который в последнее время очень
широко используется для ПЭТ диагностики
заболеваний сердечно-сосудистой системы. Генераторным называется радионуклид, при распаде
которого образуется тот радиоизотоп, который непосредственно используется
при проведении медицинских процедур. Например, стронций-82 (материнский
изотоп) распадается, генерируя радионуклид рубидий-92 (дочерний изотоп),
который и используется в ПЭТ диагностике. Удобство использования генераторных
изотопов состоит в том, что материнский изотоп (радионуклид-генератор)
может иметь достаточно длительное время жизни (период полураспада стронция-82
равен 25.5 суток) и поэтому может быть доставлен практически без потерь
в любое, самое отдаленное место. При этом рубидий-82, который вводится
пациенту, имеет период полураспада 1.3 мин., т.е. распадается практически
сразу после проведения диагностической процедуры и поэтому не накапливается
в организме пациента. Также
на циклотронах можно непосредственно получать короткоживущие радиоизотопы,
что дает при диагностике и терапии значительное уменьшение дозы радиации, получаемой пациентом. В настоящее время большой интерес
проявляется к использованию альфа излучателей при проведении терапевтических
процедур злокачественных опухолей на ранней стадии их образования. Альфа-частицы
эффективно уничтожают злокачественные образования по размеру соответствующие
размеру клетки (клеточная радиоизотопная хирургия), не повреждая при
этом окружающие ткани. Радиоизотопы, испускающие при распаде альфа-частицы
- Tb-149
и Ra-223,
224, также могут быть получены на ускорительных пучках. В настоящее
время в России почти все циклотроны,
используемые для получения медицинских радионуклидов, имеют низкие энергии
бомбардирующих частиц, поэтому набор производимых на них нуклидов достаточно
ограничен. Циклотрон РНЦ «Курчатовский институт» (Москва) является
в настоящее время единственным
циклотроном, обеспечивающим получение выведенного пучка протонов с энергией
около 30 МэВ. В результате только на этом циклотроне производится йод-123
высокой радионуклидной чистоты из ксенона-124. Также
в этой связи необходимо упомянуть линейный ускоритель Института ядерных исследований РАН (г. Троицк
Московской обл.). На отводе протонного пучка 160 МэВ создана лаборатория
с установкой по облучению мишеней током до 120 мкА для получения медицинских
радионуклидов. Существенным недостатком данного метода является тот
факт, что эксплуатация ускорителей такого рода чрезвычайно затратна,
и стоимость производства медицинских радионуклидов на ней значительно
дороже, чем при использовании специально конструируемых и изготавливаемых
для этой цели циклотронов с энергией протонов до 80 МэВ. В ПИЯФ
НИЦ «КИ» в 2013г. завершено строительство и в настоящее время проводятся
пуско-наладочные работы циклотрона Ц-80. Энергия выведенного протонного пучка будет варьироваться в диапазоне
40-80 МэВ, интенсивность пучка
на мишени до 200 µA. Данный циклотрон предназначен для производства широкого спектра радионуклидов для диагностики и терапии, а также для лечения офтальмологических заболеваний путем облучения злокачественных образований
глаза. На пучке циклотрона Ц-80 создается радиоизотопный комплекс
РИЦ-80 (Радиоактивные Изотопы на циклотроне Ц-80). На данном радиоизотопном комплексе планируется производить
все вышеуказанные радионуклиды, а также многие другие, считающиеся в
настоящее время наиболее перспективными для использования в диагностике
и терапии. На одной из мишенных станций комплекса
будет установлен электромагнитный масс-сепаратор – прибор, позволяющий
получать разделенные по массам медицинские радионуклиды высокой чистоты. Данный метод обеспечивает разделение получаемых
изотопов в элекромагнитных полях и высокоселективное выделение требуемого
радионуклида, что невозможно получить
радиохимическими методами. Одним
из основных компонентов ускорительных
установок по получению медицинских радионуклидов являются используемые
мишенные вещества и мишенные устройства, которые определяют набор получаемых
радиоизотопов, эффективность их получения и чистоту. Поэтому разработка
новых мишенных устройств, которая в настоящее время интенсивно ведется
в ПИЯФ, во многом является ключевым фактором для получения широкого
набора медицинских радионуклидов на радиоизотопном комплексе РИЦ-80.
Создаваемый комплекс обеспечит
самые широкие возможности в получении медицинских радионуклидов
и радиофармпрепаратов как для диагностики, так и для терапии,
которых до настоящего времени не было на других Российских установках.
По своим параметрам и возможностям РИЦ-80 будет соответствовать самым лучшим зарубежным радиоизотопным
комплексам. По возможности получения сверхчистых радионуклидов данная установка
не будет иметь мировых аналогов.
Канд. физ.-мат. н.
В. Н. Пантелеев |
||||