Ускорители сегодня.

Ускорители заряженных частиц составляют основу экспериментальной базы современной физики элементарных частиц, ядерной физики. Ускорители вошли в такие научные направления как биология, физика твердого тела, физика трансурановых элементов, используются для решения целого ряда прикладных задач, как например, в медицине, материаловедении, микрорадиоэлектронике и др.

U70

Ускоритель У-70. Протвино.

В последнее время в научном мире интерес к ускорительной технике резко возрос. В 2008 году начались эксперименты на самой сложной установке, когда-либо построенной человеком, - на Большом адроном коллайдере (LHC) в Церне. Его сложность - не только инженерная, но и научная, ведь его функционирование опирается на множество самых разных физических явлений. Коллайдер – кольцевой ускоритель заряженных частиц, рассчитанный на встречные пучки сталкивающихся частиц.

LHC

LHC

Большой адронный коллайдер.

Стандартная модель – это современная теория строения и взаимодействий элементарных частиц, многократно проверенная экспериментально. Эта теория базируется на очень небольшом количестве постулатов и позволяет теоретически предсказывать свойства тысяч различных процессов в мире элементарных частиц. Физики ищут любые отклонения от Стандартной модели, любые частицы, силы или эффекты, которые Стандартной моделью не предсказываются. Все эти явления ученые обобщенно называют «Новая физика». Главная цель Большого адронного коллайдера – найти отклонения от Стандартной модели и выяснить их происхождение. Поиск ведется по нескольким направлениям: это и попытки породить новые тяжелые частицы, и тщательное измерение процессов с участием уже известных частиц.
Ускорительные установки на высокие энергии успешно работают во многих научных центрах России, США, Англии, Германии, Швейцарии (ЦЕРН), Италии, Японии, Китая. Выпускники кафедры могут работать по специальности физики ускорителей как в международных научных центрах, так и в российских научных центрах Москвы, Троицка, Дубны, Гатчины, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Протвино, и в других городах России, где развивается ускорительная тематика, а также по смежным направлениям.
Ускорители играют важную практическую роль в медицинской терапии и диагностике. В настоящее время все более актуально применение ионизирующих излучений для лечения онкологических заболеваний. Например, пучки протонов определенной энергии позволяют с миллиметровой точностью выжигать глубокие опухоли без существенного воздействия на остальные ткани. При торможении в веществе протоны выделяют основную часть своей энергии на последних миллиметрах пути. Зная глубину залегания опухоли, можно так подобрать энергию пучка, чтобы эти последние миллиметры как раз попали внутрь опухоли. Многие больничные учреждения во всем мире сегодня имеют в своем распоряжении небольшие электронные линейные ускорители, генерирующие интенсивное рентгеновское излучение, также применяемое для терапии опухолей.
Ускорители применяют и для создания прямо в медицинском центре короткоживущих ядер-маркеров с периодом полураспада порядка часа. Сразу после синтеза они вводятся в организм, оседают в тканях и вскоре распадаются. Высокочувствительные детекторы регистрируют продукты распада и дают четкое изображение тканей. Благодаря сверхнизкой концентрации радиоизотопов такая диагностика заболеваний довольно безопасна. Основанная на этой идее позитронно-эмиссионная томография используется сейчас во многих клиниках мира.
Благодаря сотрудничеству кафедры со многими медицинскими учреждениями, где применяется ускорительная техника, студенты кафедры получают возможность трудоустройства в ведущих медицинских центрах страны, таких как МНИОИ им. П.А. Герцена, РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, НИИ нейрохирургии им. Бурденко Н.Н.

LHC


LHC

Кибер-нож – высокоточная радиохирургическая мобильная система, используемая для лечения злокачественных и доброкачественных опухолей по всему телу с субмиллиметровой точностью. Кибер-нож состоит из линейного ускорителя и робота манипулятора, который обеспечивает перемещение и наведение линейного ускорителя с высокой точностью. Система контроля по изображению обеспечивает непрерывное слежение, контроль и коррекцию перемещения опухоли и пациента в ходе процедуры без вмешательства врача, что позволяет сопровождать в реальном времени перемещение опухоли, связанное с дыханием. Благодаря этому минимизируется риск лучевого поражения здоровых клеток рядом с опухолью. На сегодня установлено более 190 установок Кибер-нож по всему миру, одна из них в России, в Научно-исследовательком институте нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко.