В обнинском ФЭИ (Государственном научном центре Российской Федерации — Физико-энергетическом институте имени Александра Лейпунского), входящем в научный дивизион Госкорпорации «Росатом», 18 декабря 2015 года прошел пуск ускорителя заряженных частиц ТАНДЕТРОН. Установка является новой и уникальной для России и представляет лучший в своем классе ускоритель заряженных частиц в мире.
Пуск ТАНДЕТРОНа прошел в рамках Федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года», принятую постановлением правительства России от 3 февраля 2010 года № 50. Заказчиком и координатором программы выступила Госкорпорация «Росатом», а ее научным руководителем — ФЭИ. Появление ТАНДЕТРОНа продолжает лучшие традиции института, а физики, врачи и инженеры с его помощью получают доступ к уникальным в своем классе технологиям.
Установку (полное название которой 3MV Tandetron 4130 MC+(HC)) для ФЭИ произвела специализирующаяся на ускорительных системах для науки и индустрии нидерландская компания HVE (High Voltage Engineering Europa B.V.). Доладка ТАНДЕТРОНа для нужд ФЭИ была осуществлена при участии российских специалистов уже в Обнинске. Параметры ТАНДЕТРОНа не имеют аналогов в своем классе. Во-первых, ускоритель может работать в непрерывном режиме. Это позволяет использовать его круглосуточно и 8760 часов в году. Как показала практика эксплуатации подобных установок в других странах, ТАНДЕТРОН может успешно работать в непрерывном режиме годами.
Во-вторых, ускоритель способен разгонять широкий диапазон частиц (от протонов до изотопов золота) с энергиями до трех мегаэлектронвольт. Как отметили специалисты, фактические возможности ускорителя значительно выше. В частности, ТАНДЕТРОН может разгонять практически всю «таблицу Менделеева», а энергия ионов может превышать заявленные три мегаэлектронвольта. В ходе первого официального пуска, состоявшегося 18 декабря на Научно-техническом совете ФЭИ, был продемонстрирован разгон ионов кремния до энергий в два мегаэлектронвольта.
И наконец, третья уникальная особенность машины — ее способность генерировать чрезвычайно узконаправленный (шириной несколько миллиметров) пучок ионов. Все три особенности ТАНДЕТРОНа позволяют найти ему применение для решения разнообразного класса задач.
Прежде всего, ускоритель найдет применение в экспериментальной ядерной физике. В частности, ученые с его помощью планируют провести исследования параметров для ядерных реакторов. Для ФЭИ это чрезвычайно актуальная задача, поскольку именно в этом институте в 1954 году была запущена первая в мире промышленная атомная электростанция (Обнинская АЭС). В настоящее время ФЭИ сохраняет лидерство в области атомной энергетики, а в числе его приоритетов — технология реакторов на быстрых нейтронах (БН–600 и БН–800 на Белоярской АЭС).
Генеральный директор ФЭИ Андрей Говердовский открывает ускоритель
Фото: ФЭИ
Ученые при помощи ТАНДЕТРОНа смогут провести прикладные исследования в области ядерно-физических технологий. К ним относятся, например, калибровка нейтронных детекторов, определение содержания воды в нефтепродуктах и исследование структуры защитных покрытий реакторов. Третьим перспективным применением ускорителя является радиационное материаловедение. В частности, ученые собираются проводить радиационное легирование (облучение пучком ионов) кремниевых пластин, используемых для производства транзисторов и диодов. Компоненты из облученных полупроводников имеют повышенные на десятки процентов эксплуатационные характеристики.
И наконец, очень важное применение ускоритель найдет в ядерной медицине. С его помощью планируется получить короткоживущие изотопы для позитрон-эмиссионной томографии, воспользоваться которыми смогут создающиеся центры позитронно-эмиссионной томографии центрального региона России (дальше изотопы вывезти не удастся — они распадутся). Также ТАНДЕТРОН будет использоваться врачами для дистанционной нейтронной терапии злокачественных новообразований. Лечение может происходить, к примеру, следующим образом. Пациенту в пораженные ткани будут вводить препараты бора. Затем эти участки локально облучаются специальным пучком от ТАНДЕТРОНа, в результате чего бор захватывает нейтроны, разрушается и убивает пораженную клетку. Здоровые ткани при такой локальной терапии не затрагиваются.
В ФЭИ уже провели опыты на животных, которые специалисты признали успешными. Оборудование отладили, все готово для запуска важнейшего для страны нового проекта ядерной медицины. За год ФЭИ планирует проводить лечение до четырех тысяч пациентов со всей территории России. Стоимость такого лечения будет на порядки ниже аналогов. ФЭИ планирует сотрудничать с обнинским Медицинским радиологическим научным центром имени Анатолия Цыба, совместно с которым в первом наукограде России планируется создание Центра ядерной медицины. Кадры для центра планируется готовить там же — в Обнинском институте атомной энергетики.
Комната с мишенной камерой ускорителя КГ-2.5
Фото: ФЭИ
В настоящее время в ФЭИ имеется восемь ускорителей, из которых пять (вместе с ТАНДЕТРОНом) — действующие. Введение новой установки не означает прекращение эксплуатации всех ранее использованных машин. Так, ФЭИ планирует оставить в институте три действующих ускорителя (вместе с ТАНДЕТРОНом). В частности, вывод пучков ускоренных ионов от ТАНДЕТРОНа в мишенную камеру действующего ускорителя КГ-2.5 позволит расширить за счет одновременного облучения мишеней двумя пучками легких и тяжелых ионов перечень экспериментальных исследований. ФЭИ не исключает возможность использования ускорителей для исследования столкновений частиц (то есть в качестве коллайдера).
Непрерывная работа ТАНДЕТРОНа позволяет эффективно использовать его время эксплуатации. Планируется, что по будням в утреннее и дневное время он будет применяться для целей ядерной медицины, тогда как в оставшиеся вечерние и ночные часы ученые «Росатома» смогут на ускорителе проводить исследования в области экспериментальной ядерной физики, прикладных ядерно-физическим технологий и радиационного материаловедения.
«Установленный на площадке ФЭИ современный, хорошо оснащенный ускоритель позволяет получить широкий спектр ускоренных ионов — от водорода до золота. С пуском ускорителя мы в ФЭИ начинаем новый этап исследовательской, научной и медицинской работы, результаты которой станут достоянием не только атомной отрасли, но и всей страны», — сказал генеральный директор ФЭИ Андрей Говердовский.