Что такое циклотрон?

Процесс начинается с того, что заряженные частицы, например положительные или отрицательные ионы, выбрасываются в центр циклотрона, откуда они начинают движение по направлению к краям по спиральной траектории.

Внутри циклотрона находятся два полых металлических электрода D-образной формы (так называемые ?дуанты?), которые расположены между полюсами большого магнита. Магнитное поле заставляет частицы двигаться по кругу, а переменное электрическое поле увеличивает энергию частицы всякий раз, когда она пересекает зазор между двумя дуантами. По мере того как частицы набирают скорость и энергию, они продолжают двигаться по спирали от центра.

Как только частицы достигают внешнего края циклотрона, они направляются к мишени. Столкновение ускоренных частиц с мишенью может вызвать ядерную реакцию, в результате чего образуются радиоактивные изотопы.

Спустя почти столетие после своего изобретения циклотроны по-прежнему пользуются широким спросом благодаря своей надежности, эффективности и универсальности.

В то время как задача всех ускорителей частиц состоит в том, чтобы повысить энергию частиц, этой цели они достигают по-разному.

Циклотроны ускоряют частицы по спиральной траектории при помощи постоянного магнитного поля и переменного электрического поля. Одним из главных преимуществ циклотрона является спиральная конструкция. Она позволяет осуществлять непрерывное ускорение в относительно небольшом пространстве. В результате циклотроны, как правило, более компактны (зачастую помещаются в комнату) и более доступны с точки зрения стоимости по сравнению с другими ускорителями. Их можно устанавливать в больницах или университетских лабораториях без необходимости в создании масштабной инфраструктуры. Кроме того, циклотроны хорошо подходят для производства конкретных типов радиоактивных изотопов, необходимых для медицинской визуализации и лечения рака, а также других локализованных применений в научных исследованиях или промышленности.

Линейные ускорители, или линаки, в свою очередь ускоряют частицы при помощи ряда электрических полей по прямой траектории. Конструкция линаков может быть проще по сравнению с конструкцией циклотронов, однако для достижения тех же уровней энергии линейным ускорительным установкам подчас требуется значительно больше места. Они широко применяются в лучевой терапии, где для лечения опухолей используются точно направленные пучки излучения.

Еще один тип ускорителя — синхротрон. Это значительно более крупная и сложная установка, которая используется в национальных научно-исследовательских центрах. Подобно циклотронам, синхротроны направляют частицы по круговой траектории, однако используют при этом переменные магнитные поля и радиочастотное ускорение. Эти устройства могут достигать чрезвычайно высоких энергий, благодаря чему они подходят для исследований в области физики частиц, материаловедения и даже для разработки лекарственных препаратов. Впрочем, из-за своих размеров и стоимости синхротроны используются, как правило, не в больницах или небольших лабораториях, а в национальных или международных исследовательских центрах.

Каждый тип ускорителя играет свою важную роль, однако именно циклотроны остаются наиболее широко распространенными и удобными в использовании для стандартных медицинских применений.

Без циклотронов не появились бы многие инструменты, методы лечения и научные открытия, которые повышают качество повседневной жизни людей. Компактные, эффективные и относительно простые в эксплуатации, они идеально подходят для производства медицинских радиоизотопов — нестабильных атомов, которые испускают излучение и используются для диагностики и лечения рака.

Одним из важных факторов при производстве радиоизотопов является фактический период активности изотопов — то есть время после производства, в течение которого они остаются радиоактивными и пригодными для медицинского использования.

Период полураспада радиоизотопов, которые используются при лечении рака, обычно составляет несколько дней, благодаря чему они могут эффективно уничтожать раковые клетки. За этот короткий промежуток времени их можно также перевозить из мест производства в больницы и лечебные центры.

В то же время другие диагностические изотопы имеют крайне короткие периоды полураспада — то есть они быстро распадаются, за считанные часы теряют эффективность и не подлежат перевозке на большие расстояния.

Циклотроны ценят за их способность производить изотопы на месте или в непосредственной близости от медицинских учреждений, что позволяет обеспечить пациентам быструю и точную диагностику и своевременное лечение.

Сканирование с использованием радиофармпрепаратов помогает врачам с высокой точностью выявлять на ранних стадиях такие заболевания, как рак, болезнь Альцгеймера и сердечно-сосудистые заболевания. Раннее обнаружение позволяет совершенствовать диагностику и способствует более эффективному планированию лечения.

Циклотроны применяются также в лечении рака, обеспечивая производство специальных радиоактивных препаратов для использования в таргетной радионуклидной терапии. При этом типе лечения облучение направляется непосредственно на раковые клетки, что позволяет уничтожать их при минимальном повреждении здоровых тканей.

Циклотроны играют важную роль в современной инфраструктуре, здравоохранении и научных исследованиях.

В настоящее время по всему миру, в частности в больницах, онкологических центрах и исследовательских учреждениях, в эксплуатации находятся тысячи циклотронов. По мере увеличения спроса на неинвазивные диагностические методы, такие как ПЭТ и ОФЭКТ, растет потребность в наличии циклотронов и исследовательских центров, ориентированных на производство радиоизотопов без использования урана.

Раньше многие медицинские радиоизотопы производились в ядерных реакторах с использованием урана, в результате чего могли образовываться долгоживущие радиоактивные отходы, а ядерная и физическая безопасность этого процесса вызывала опасения. В поисках более чистых и безопасных способов производства этих важных материалов страны делают ставку на циклотроны, которые могут производить радиоизотопы без использования урана.

Благодаря новому поколению компактных циклотронов с низким энергопотреблением эта технология становится доступна для небольших больниц и учреждений. Исследователи продолжают изучать новые области применения радиоизотопов в экологии, материаловедении и в сфере национальной безопасности.

Хотя с 1930-х годов основной принцип работы циклотрона остается неизменным, эта жизненно важная технология продолжает развиваться и адаптироваться к потребностям XXI века.

• МАГАТЭ оказывает содействие странам по всему миру, в особенности тем, которые испытывают нехватку ресурсов для внедрения и применения технологии циклотронов и извлечения из нее пользы.
• МАГАТЭ предоставляет рекомендации в отношении развития инфраструктуры циклотронных установок, консультирует по вопросам технических требований к оборудованию и обеспечивает соблюдение норм безопасности.
• МАГАТЭ проводит подготовку медицинских физиков, инженеров и специалистов в области ядерной медицины, чтобы обеспечить наличие в странах квалифицированного персонала для безопасной и эффективной эксплуатации циклотронов.
• Агентство также координирует деятельность в рамках проектов координированных исследований, объединяющих экспертов со всего мира для создания новых изотопов, улучшения характеристик циклотронов и изучения новых применений в медицине и промышленности.
• База данных МАГАТЭ по циклотронам для производства радионуклидов и?База данных по радиофармацевтике дают сотрудникам директивных органов, исследователям, техническим экспертам и студентам представление о радионуклидах, производимых при помощи циклотронов, и их использовании для приготовления различных радиофармпрепаратов для ухода за пациентами и их лечения.??