Выяснилось и другое: самую большую энергию заряженные частицы отдают в конце пробега — вблизи от места полной остановки. Отсюда и возникла стратегия лечения — сделать таким местом остановки очаг заболевания.
«Атомный скальпель» — так назвали пучок ускоренных заряженных частиц — способен проникать к любому органу тела. Самое же главное его преимущество состояло в том, что здоровые ткани, через которые он проходил, значительно меньше страдали от излучения, чем клетки в зоне остановки. Это означало, что, разумно выбрав энергию частиц, воздействие пучка можно сделать локальным.
Наиболее подходящими для лечения долгое время считались протоны — ядра атомов водорода — с энергией 200–250 миллионов электрон-вольт: они легко тормозились самим телом пациента. Но этот вывод не устраивал физиков ЛИЯФа и их партнеров-медиков из Центрального научно-исследовательского рентгено-радиологического института.
Дело в том, что синхроциклотрон — ускоритель частиц, построенный в Гатчине под Ленинградом, разгонял протоны до огромных энергий — порядка миллиарда электрон-вольт. Такие частицы, летящие почти со световой скоростью, способны преодолеть трехметровый слой воды, прошить насквозь полуметровую стальную плиту. Но в теле человека они практически не успевают замедлиться. Правда, исследования показали, что если эти частицы достаточно долго посылать «напролет» через одну и ту же область, то в ней будет происходить разрушение тканей. К сожалению, и больных, и здоровых — всех, что встретятся на пути пучка.
Как быть? Замедлить частицы до тех энергий, которые были уже апробированы? Но тогда свойства пучка сильно ухудшатся, он утратит важное преимущество — возможность тонкой фокусировки. В конце концов остановились на предложении руководителя физической части эксперимента профессора А. Воробьева: работать именно с тем пучком, который дает гатчинский синхооциклотрон. Физикам удалось «сжать» его в шнур диаметром всего в 2,5–3 миллиметра. А медики предложили методику облучения, практически исключавшую разрушение здоровых тканей.
Первым подобным операциям предшествовали многочисленные опыты на собаках.
После этого облучения жизненно важные центры мозга животных оставались неповрежденными. А ведь строение мозга собак таково, что эти центры расположены у них значительно ближе к гипофизу, чем у человека. Отсюда и возникла уверенность, что и облучение гипофиза человека даст желаемый эффект.
В ходе работ исследователям удалось расширить возможности протонной терапии. В Гатчине будут лечить не только опухоли гипофиза, но и другие тяжелые заболевания, при которых обычное хирургическое вмешательство нередко бывает противопоказанным.
На операционном столе больной должен провести около получаса. Потом он увидит улыбающиеся лица сестер и врачей, с головы его снимут маску и поведут (не повезут!) в комнату, по традиции именуемую «послеоперационной палатой». И никто здесь не будет удивляться, что состоялась сложнейшая, но бескровная и безболезненная операция на мозге, в результате которой болезнь удалось погасить на клеточном уровне. Около двухсот таких операций сделано в Гатчине. В подавляющем большинстве окончившихся успешно. Протонный пучок — детище физики высоких энергий — уже вышел из лабораторной колыбели и в руках хирургов превратился в настоящий атомный скальпель.
ТЕРМОМЕТРЫ ДЛЯ ПЛАЗМЫ
Вот что рассказал академик Е.Велихов.
Плазма — основное состояние вещества во Вселенной. Ее исследования приобрели важное значение и в практических целях, в первую очередь для получения управляемой термоядерной реакции.
Но сначала необходимо создавать горячую плазму в лабораторных условиях, используя для ее удержания магнитные поля. Однако плазма — очень капризный объект исследования — нередко внезапно теряет устойчивость в магнитном поле.
В целом поведение горячей плазмы характеризуется столь обширным набором явлений, что ее исследования по сложности сравнимы с изучением биологических систем. Подобно тому как человек или животное нуждается в медицинском диагнозе, «четвертое состояние вещества» также необходимо уметь диагностировать. Вот почему методы его исследования принято называть диагностикой плазмы.
Среди них особую роль в последнее время стала играть так называемая корпускулярная диагностика. Она основана на изучении слабых потоков нейтральных атомных частиц, которые испускает горячая плазма. Около двадцати лет назад ученые Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе во главе с Н. Федоренко высказали мысль о том, что эти потоки должны нести богатую информацию о процессах, происходящих в недрах плазмы и, в частности, о температуре термоядерного горючего — изотопов водорода.
Стоит отметить, что до тех пор не существовало сколько-нибудь надежных способов измерения температуры ионов водорода в горячей плазме. Трудность здесь заключается в том, что любой прибор, помещенный в среду с температурой в миллионы градусов, должен либо охладить ее, либо сгореть. Следовательно, судить о параметрах плазмы надо на расстоянии, и «термометр» должен быть бесконтактным.
Методы регистрации и анализа испускаемых плазмой атомов, разработанные советскими учеными, и созданная ими для этой цели уникальная аппаратура — анализаторы атомных частиц — позволили решить проблему измерения температуры водорода в горячей плазме.
Затем ученым удалось осуществить методику искусственного стимулирования потока атомов из определенной точки плазмы, что дало возможность измерять локальную температуру разогретого до многих миллионов градусов водорода. Ныне корпускулярная диагностика включает целый комплекс экспериментальных методик, который обеспечивает измерение и контроль как температуры, так и всех важнейших параметров ионов в термоядерных установках. Эта диагностика сформировалась в самостоятельное направление в области исследования горячей плазмы.
Для того чтобы на основе анализа потоков частиц получить четкое представление о процессах, протекающих внутри плазмы, выяснить механизмы нагрева ионов и их охлаждения, найти каналы ухода энергии, понадобились математические модели поведения ионов в термоядерных установках. Совместными усилиями ученых Института атомной энергии и МГУ такие модели были созданы. Они позволяют не только описывать явления, протекающие в действующих термоядерных установках, но и прогнозировать параметры плазмы в установках ближайшего будущего.
В течение последнего десятилетия комплекс методов корпускулярной диагностики и математического моделирования явлений в плазме был применен на термоядерных установках типа «токамак» в Институте атомной энергии. Результаты использования созданной советскими учеными — разнообразной диагностической аппаратуры совместно с глубоко разработанными математическими моделями баланса энергии и частиц в плазме оказались весьма впечатляющими. Исследователям удалось решить не только проблему надежного определения важнейших параметров, но и обнаружить и изучить закономерности нагрева и удержания водорода в «токамаках». Корпускулярная диагностика будет использоваться как важный способ контроля параметров плазмы на термоядерных установках следующих поколений вплоть до реактора управляемого термоядерного синтеза.
Работы советских ученых открывают также перспективы дальнейшего развития исследований горячей плазмы на «токамаках», которые позволяют вплотную подойти к получению самоподдерживающейся управляемой термоядерной реакции. Такие условия будут созданы, в частности, в «Токама-ке-15», который должен быть введен в строй в текущей пятилетке.
В области корпускулярной диагностики и математического моделирования процессов нагрева плазмы советским ученым принадлежит бесспорный мировой приоритет. По запросам зарубежных термоядерных центров соответствующая аппаратура поставлена в ФРГ, США, Францию, Англию, Японию, Швейцарию, ЧССР, ВНР, то есть практически во все страны, проводящие термоядерные исследования. Советские ученые по приглашению своих коллег неоднократно успешно выполняли эксперименты на зарубежных термоядерных установках с помощью созданной в СССР аппаратуры. Методы математического моделирования нагрева и удержания ионов в плазме термоядерных установок, развитые нашими учеными, послужили основой программы таких работ в ведущих научных центрах за рубежом.
ТИТАН КАК… РЕЗИНА
В работе стеклодува есть что-то от колдовства. Вот он концом металлической трубки поддевает немного расплавленной массы, подносит другой конец ко рту — и кажется, будто трубка превратилась в волшебную флейту. Мастер покачивает ее, вращает из стороны в сторону. И багровый сгусток расплава, словно цветок, на глазах принимает очертания изящной вазы с тончайшими стенками.
