Премии ОИЯИ

Циклотрон в Кракове: по пути сотрудничества

Сотрудничество отдела новых ускорителей (НЭОНУ) Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ с отделом циклотрона Института ядерной физики (Краков) насчитывает не одно десятилетие. Целью сотрудничества был обмен опытом в области разработки и создания циклотронов.

В восьмидесятых годах в Кракове под руководством Ежи Швабе был разработан проект модернизации классического циклотрона У-120 в многоцелевой изохронный циклотрон АИЦ-144 с пространственной вариацией магнитного поля. Этот проект был нацелен на ускорение различных ионов до более высоких энергий для проведения ядерно-физических исследований и наработки радиоизотопов. Многие решения систем циклотрона АИЦ-144 были навеяны успешным запуском в эксплуатацию аналогичного циклотрона в Ржеже (Чехия), разработанного в ОНУ под руководством В.П.Дмитриевского. Модернизация циклотрона в Кракове пришлась на трудное для науки время и затянулась на долгие годы. Сначала ускоритель работал на внутреннем пучке, и лишь в 2001 году из циклотрона был впервые выведен пучок протонов. Система вывода была спроектирована и создана при активном участии сотрудников НЭОНУ: С.Б.Ворожцова, Н.А.Морозова и Е.В.Самсонова.
 

Циклотрон АИЦ-144.

Новое время поставило перед циклотроном новые задачи, в частности возникла необходимость получения выведенного пучка протонов с энергией 60 МэВ, предназначенного для протонной терапии меланомы глаза. Проектная максимальная энергия протонов составляла 55 МэВ, и перестройка циклотрона потребовала не только изменений параметров основных систем, но и разработки методов расчета этих параметров. В это время к работам присоединились математики. Под руководством начальника сектора ЛИТ И.В.Амирханова сотрудником отдела новых ускорителей И.Н.Кияном были разработаны новые математические методы расчета токов в основной обмотке, катушках коррекции и гармонических катушках для формирования необходимого изохронного магнитного поля циклотрона.

В сотрудничестве с польскими коллегами были проведены измерения, осуществлен анализ и формирование магнитного поля циклотрона, подобрано положение вакуумной камеры, минимизирующее величину амплитуды первой гармоники магнитного поля, проведена коррекция магнитного поля для рабочих режимов ускорения пучка. Смоделированный с помощью созданного программного обеспечения основной режим работы АИЦ-144 был установлен на циклотроне в 2009 году без эмпирической подстройки токов в концентрических катушках и частоты ВЧ-генератора.

Подразделение протонной терапии ИЯФ Польской академии наук впервые получило возможность бесперебойной работы и использования пучка выведенных протонов для настройки медицинских приборов и аппаратуры в кабинете протонной терапии. В результате в 2011-2012 годах успешно проведена протонная терапия меланомы глаза у первой группы пациентов (15 человек).

Оптимизация параметров магнитной системы АИЦ-144, в частности величины и формы центрального бампа, привела к увеличению эффективности ускорения и вывода пучка протонов до 35 процентов, что близко к расчетному значению.

Комплекс проведенных расчетных и экспериментальных работ на циклотроне позволил получить стабильную и надежную работу системы терапии меланомы глаза с энергетическим разбросом пучка меньше чем на циклотронах IBA C230, Helmholtz-Zentrum, Berlin. Это позволяет получить протяженность спада пика Брэгга на уровне 10-90 процентов порядка 0,8 мм, что значительно повышает точность облучения опухолей вблизи критических структур глаза.

В 2013 году на циклотрон АИЦ-144 была получена медицинская лицензия. В настоящее время лечение пациентов на циклотроне проводится в плановом режиме.

Сегодняшний отдел циклотрона АИЦ-144 в Кракове представляет собой коллектив молодых, энергичных инженеров-физиков, возглавляемый опытным специалистом высочайшей квалификации Яцеком Суликовским, в их планах дальнейшая модернизация циклотрона. Интенсивность выведенного пучка протонов значительно превышает необходимую для лечения меланомы. Этот факт позволяет организовать в ближайшем будущем наработку изотопов во время технологических перерывов в лечебной зоне. Для этой цели проводятся работы по модернизации линии транспортировки пучка, организации отдельного направления на станцию наработки изотопов. Первые расчеты уже проведены сотрудниками НЭОНУ ЛЯП ОИЯИ, и мы надеемся на успешное завершение наших совместных планов.

Работа сотрудников ОИЯИ получила высокую оценку в письме директора ИЯФ ПАН М.Ежабека директору ОИЯИ В.А.Матвееву, а авторы цикла работ "Реализация режима работы циклотрона АИЦ-144 (Польша), предназначенного для лечения меланомы глаза": И.В.Амирханов, Г.А.Карамышева, И.Н.Киян, Н.А.Морозов, Е.В.Самсонов, К.Даниэл, К.Гугула, Я.Суликовски удостоены второй премии ОИЯИ в области научно-технических прикладных исследований за 2013 год.

Галина КАРАМЫШЕВА, начальник отдела новых ускорителей ЛЯП