"Ионная" терапия рака

Метод электронного охлаждения ионных пучков был предложен еще в 1966 г. академиком Г.И. Будкером. Эту идею, поначалу встреченную скептически, удалось осуществить десять лет спустя. В экспериментах, которые были проведены в ИЯФе, температуру протонного пучка удалось уменьшить с нескольких миллионов до нескольких десятков градусов по Кельвину, а его диаметр – с нескольких сантиметров до долей миллиметра. В дальнейшем этот метод стал широко применяться во многих мировых ускорительных центрах. 

Ионные пучки такого качества нужны для решения как фундаментальных, так и прикладных задач. Сегодня в мире создано несколько десятков установок, основанных на этом методе и служащих для различных целей. Самая крупная из них охлаждает антипротонный пучок на протон-антипротонном комплексе ТЭВАТРОН в США (электронный охладитель для антипротонов создавался командой выходцев из ИЯФа). 

В течение многих лет специалистами из Института ядерной физики продолжались работы по развитию метода электронного охлаждения. Но отсутствие спроса на высокотехнологическую продукцию внутри страны стало поводом для выхода на внешний рынок – производство установок по контрактам началось для Германии, Китая, Швейцарии. Первая из них была создана для немецкого синхротрона SIS-18 с целью повышения интенсивности редких ионов. Она работает до сих пор, и в 2009 г. использовалась в экспериментах по накоплению редких ионов рутения (кстати, открытого в 1844 г. и названного в честь Руси Карлом Клаусом, немцем, работавшем тогда в Казанском университете). В 2007 г. еще одна установка для охлаждения ионов свинца, созданная в ИЯФе, заработала в инжекционном комплексе самого большого коллайдера LHC, построенном в Женеве. 

Но особо актуальна возможность применения метода электронного охлаждения в медицине, а именно в онкологии. При обычной терапии рентгеновскими лучами максимум дозы облучения достигается на момент входа пучка излучения в тело пациента, однако по мере достижения опухоли она заметно снижается. Для компенсации этого эффекта облучение производят со многих направлений, в результате чего опухоль получает максимальную дозу, а облучение здоровых тканей не достигают опасного предела, хотя и достаточно велико. 

В случае использования высокоэнергичного пучка ионов ситуация складывается иным образом. По мере торможения пучка в теле пациента ионизация возрастает, и максимальный разрушающий эффект наблюдается в зоне опухоли. Малый размер ионного пучка позволяет легко его фокусировать, направляя из различных положений на участок ракового поражения. Это дает возможность сконцентрировать большую плотность излучения только в новообразовании, при этом сводя ее к минимуму в здоровых тканях. 

В Китайском научном центре IMP (провинция Ланджоу) создан ионный комплекс с двумя установками электронного охлаждения, сконструированными и построенными в ИЯФ СО РАН. В 2009 г. на них было проведено лечение первых десятков больных, которое дало хорошие результаты. Правительство провинции выделило крупные средства на создание специализированного центра углеродной терапии. Подобных установок в России нет, и если в ближайшие годы аналогичное финансирование не будет выделено, наши соотечественники, нуждающиеся в антираковой терапии, будут вынуждены обращаться за ней заграницу.

Чл.-корр. В. В. Пархомчук (Институт ядерной физики
им. Г. И. Будкера СО РАН, Новосибирск)

Литература

Будкер Г.И., Скринский А.Н. Электронное охлаждение и новые возможности в физике элементарных частиц // УФН. 1978. Т. 124. С. 561. 

Parkhomchuk V.V., Skrinsky A.N. Cooling Methods for Charged Particle Beams // Reviews of Accelerator Science and Technology. 2008. V.1. P. 237—257. 

Ускорительный Комплекс для терапии рака протонными и ионными пучками. Патент № 93026, зарегистрирован 20 апреля 2010 г.