Centrum cyklotronowe, czyli największy bunkier w Krakowie. To tutaj leczy się raka wiązkami protonów

Cyklotron Proteus C-235
Cyklotron Proteus C-235 IFJ PAN
Największego bunkra w Krakowie nie bronią mury ani zastępy strażników. Jest tylko szlaban i lekko znudzony dozorca. - Proszę podbić w sekretariacie - mówi, wręczając papierową przepustkę. Świstek papieru, jak i cała portiernia wyglądają niczym z poprzedniej epoki. W pierwszej chwili aż trudno uwierzyć, że jest to wejście na teren Instytutu Fizyki PAN w Krakowie. To tu znajduje się jedno z najnowocześniejszych miejsc w Polsce - Centrum Cyklotronowe Bronowice.

Przetrzymać wybuch jądrowy
Centrum Cyklotronowe Bronowice to najnowsze dziecko IFJ. Powstało zaledwie kilka lat temu. Może lepiej powiedzieć - "powstaje", bo w jednej części gmachu wciąż pracują budowlańcy. - Centrum to nie budynek z jednym urządzeniem. To cały skomplikowany obiekt, w którym różne elementy ze sobą współpracują - tłumaczył mi przed kilkoma miesiącami prof. Paweł Olko, dyrektor CCB. Teraz, gdy widzę CCB, nie za bardzo wierzę w te słowa. Na zewnątrz wygląda wręcz pospolicie - żadnych oszklonych ścian, żadnej bryły zdobywającej architektoniczne laury, tylko zwykły beżowy klocek i dwie tabliczki - że projekt sfinansowano z programu Innowacyjna Gospodarka. W sumie Unia wyłożyła 260 mln zł. Na razie CCB bardziej przypomina akademik niż nowoczesne laboratoria, jakie widuję w Warszawie. Na razie. Jeszcze nie wiem, że za chwilę bardzo szybko zmienię zdanie.
Wycieczkę zaczynam od serca obiektu - jest nim bunkier otoczony ścianami z pięciometrowej warstwy betonu. Podobno to najbezpieczniejsze miejsce w Krakowie, zdolne przetrwać nawet wybuch jądrowy. Żeby dostać się do niego, trzeba przejść przez krótki, ale mocno kręty korytarz i przez ważące kilka ton drzwi. - To wszystko służy do ochrony - tłumaczy po drodze Konrad Gugała, mój przewodnik. Ale myli się ten, kto myśli, że zakręty, metalowe drzwi i betonowe ściany mają chronić zawartość bunkra przed ludźmi. Ich rola jest wręcz odwrotna - mają chronić ludzi przed zawartością bunkra, czyli przed cyklotronem i przed wytwarzanym przez niego promieniowaniem.

220 ton żelastwa
Cyklotron to maszyna do wytwarzania wiązki rozpędzonych cząsteczek - protonów, cząstek alfa czy jonów. W Polsce tego typu urządzeń jest kilka. Ale nigdzie nie ma takiego, jak ten w Krakowie. Proteus C-235, bo o nim mowa, to jeden z najpotężniejszych cyklotronów w Europie. Waga - 220 ton. - Z tego 20 ton to same zwoje miedziane - dodaje Gugała. Średnica zewnętrzna - 4,4 metra. Średnica nabiegunników - ponad 2 metry. Do tego dochodzi kilkadziesiąt metrów jonowodu (rury dla pędzących protonów, z której wypompowano powietrze), dziesiątki magnesów sterujących, soczewek, przesłon.

Proteus został wyprodukowany w Belgii. Do Krakowa dotarł dwa lata temu. Przywieziono go na dwóch specjalnych, 120-kołowych platformach. Podróż przez Europę trwała tydzień i odbywała się tylko nocami. Żeby wwieźć urządzenie na teren Instytutu Fizyki, trzeba było zamknąć sąsiednie ulice. Później dźwigami wpuszczano maszynę kawałek po kawałku do budynku.
Pułapka na protony
Jak działa cyklotron? Rozpędzanie protonów zaczyna się od ... włączenia prądu i rozgrzania żarnika, który jest źródłem jonów. Cyklotron jak wielka grzałka? - Raczej jak żarówka - prostuje Gugała - Żarówka ma żarnik zrobiony z wolframu i osiąga temperatury rzędu 3 tys. stopni. Żarnik w cyklotronie osiąga podobne temperatury, ale jest zrobiony z tantalu, bardzo rzadkiego metalu - tłumaczy.


W rozgrzanej głowicy powstają swobodne elektrony. Wtedy naukowcy dodają wodór, a jego atomy bombardowane elektronami rozpadają się na kolejne elektrony i protony. - Protony są 1800 razy cięższe od elektronów, przez to mają większy promień. Dlatego, gdy wnika w pole o wysokiej częstotliwości, pociąga je za sobą- tłumaczy Gugała.

Przez maleńką szczelinę cząsteczki wydostają się z głowicy i wpadają z deszczu pod rynnę. W tym wypadku pomiędzy duanty, czyli dwie wielkie elektrody. Uwięzione w polu magnetycznym, rytmicznie popychane polem elektrycznym protony poruszają się po spirali - coraz szybciej i szybciej, a każde okrążenie jest coraz większe i większe. - Każdy proton, zanim wypadnie z akceleratora, wykonuje około tysiąca obrotów i ma prędkość około 45 proc. prędkości światła - opowiada Gugała.

Tor przeszkód
Teraz wiązka protonów trafia do jonowodu. Nie ma w nim powietrza, żeby nic nie przeszkadzało im w pędzie. Nic poza tymi przeszkodami, które ustawiają dla nich naukowcy. A ci na wstępie robią im coś w rodzaju jonowej "ścieżki zdrowia" - przepuszczają przez metalowe kliny, żeby spowolnić rozszalałe cząstki, stawiają im na drodze najróżniejsze przesłony, soczewki, odciągają magnesami, żeby, jak tłumaczą, wybrać tylko te protony, które spełniają wymagania badaczy.
Cząstki, które przeszły przez selekcję, jonowodem rozprowadzane są do kolejnych pomieszczeń. Ruchem wiązki sterują magnesy rozmieszczone wzdłuż rur. Cyk - włączamy jeden magnes - teraz część wiązki trafia do hali eksperymentów. Tam protony będą bombardować to, co akurat podstawią im na torze naukowcy. Czasami to jakiś sprzęt elektryczny, który fizycy chcą przetestować przed wysłaniem w kosmos. W końcu promieniowanie z cyklotronu przypomina to kosmiczne. Czasami cząstki uderzają w tkanki, które zostawili biolodzy, żeby sprawdzić, jak żywy organizm reaguje na różne dawki promieniowania (kiedyś w ten sposób eksperymentowano na chomikach). Czasem w tym samym celu swoje próbki wystawią specjaliści od inżynierii materiałowej. Kiedy indziej wiązką zajmą się fizycy jądrowi, których interesuje odkrywanie tajemnic wszechświata.

Protonem w raka
Cyk - przełączamy magnes. Teraz wiązka odbija nieco dalej i trafia do sali terapii oka. Znowu protony będą bombardowały, ale wyłącznie jedną rzecz - komórki nowotworowe. Bo w Instytucie Fizyki Jądrowej cyklotron wykorzystuje się nie tylko do eksperymentów naukowych, ale również do leczenia ludzi.
Centrum Cyklotronowe Bronowice jest jednym z siedmiu w Europie i jednym z kilkunastu na całym świecie ośrodków, które prowadzą protonową terapię nowotworową.

To nie jest pieśń przyszłości. To już się dzieje. Na razie cząsteczki atakujące raka produkuje zbudowany przez krakowskich fizyków stary cyklotron: AIC-144. Przy Proteusie AIC-144 to jakiś chuderlak. Jego wiązka ma energię 60 MeV, co oznacza, że może sięgnąć w głąb ludzkiego ciała tylko na odległość mniejszą niż 30 milimetrów. Mało. Ale, jak podkreśla Jan Swakoń, kierownik Pracowni Radioterapii Oka, to wystarczy do zniszczenia guzów wewnątrz gałki ocznej. Dlatego od trzech lat do Krakowa przyjeżdżają z całego kraju chorzy z tego typu nowotworami. Efekty terapii są bardzo dobre. Szansa na zniszczenie guza w napromienianym obszarze sięga 95-98 proc. Znacznie większe niż przy tradycyjnych metodach są też szanse na zachowanie wzroku.
Każdy pacjent jest inny
W CCB każdy pacjent jest wyjątkowy. Nie, nie jest to hasło reklamowe. To rzeczywistość. Po prostu w terapii protonowej lekarze są w stanie naświetlić komórki nowotworowe z dokładnością do jednego milimetra. Jednak aby to było możliwe, potrzeba najpierw odpowiednio przygotować chorego i dostosować cały używany sprzęt pod konkretny przypadek guza.
W sumie od momentu zakwalifikowania pacjenta do leczenia do rozpoczęcia terapii mija kilka tygodni. Przez ten czas lekarze i fizycy opracowują modele gałki ocznej i guza, przygotowują specjalną maskę unieruchamiającą, która jest niezbędna do zabiegu, i robią indywidualny tor przeszkód dla protonów. Jest to konieczne, aby uformować odpowiednią wiązkę. Ta, która wychodzi z jonowodu, ma średnicę około 1 cm. Do leczenia cały guz trzeba naświetlić jednorodną dawką. Dlatego protony, zanim uderzą w nowotwór, przechodzą przez różnego rodzaju rozpraszacze, absorbery. W efekcie, z wiązki szerokiej na 1 cm i sięgającej 30 milimetrów wgłąb, powstaje np. wiązka o średnicy 4 cm i o zasięgu 4, 5 milimetra, jeśli akurat dany pacjent takiej potrzebuje.

Pierwszych kilkunastu chorych leczono w ramach eksperymentu medycznego. Zakończył się on powodzeniem, bo od połowy zeszłego roku Narodowy Fundusz Zdrowia wrzucił terapię protonową do koszyka świadczeń. Do dziś z leczenia skorzystało około 85 pacjentów.
A będzie ich jeszcze więcej. Za kilka miesięcy zadanie produkowania wiązki protonów do celów medycznych weźmie na siebie Proteus. Wtedy możliwości lecznicze zwiększą się wielokrotnie. Oprócz nowego stanowisko do terapii oka ruszą dwa stanowiska Gantry, które pozwolą leczyć guzy umiejscowione w każdej części ciała.


Część druga: "Ważąca 120 ton maszyna obraca się wokół własnej osi. - Jeśli zdefiniujemy, gdzie wiązka ma dotrzeć do pacjenta, to tam dotrze z dokładnością do pół milimetra".
Znajdź nas na Znajdź nas na instagramie
Trwa ładowanie komentarzy...

BLOGI

NAJNOWSZE WPISY

Piotr BuckiPiotr Bucki

Aaron Sorkin – amerykański dramaturg, scenarzysta, reżyser i producent filmowy i telewizyjny – przekonuje, że jeśli nie masz w swojej opowieści takich słów jak „ale”, „jednak”, „z wyjątkiem”, „poza”, „tymczasem”, to nie stworzysz dobrej historii. Jeśli nie masz właśnie takich słów funkcyjnych, to nie masz też dobrej narracji do swojej prezentacji.

Jarosław TrelaJarosław Trela

Całkiem niedawno rozpoczął się nowy rok 2019. Jaki był poprzedni dla mnie i mojej firmy? Odpowiem obiektywnie i szczerze. Dobry. Z dumą mogę powiedzieć, że cały czas rośniemy, notujemy zyski, a pracy nie brakuje. Jest to zasługa kilku składowych. Po pierwsze wzrastającej świadomości co do sektora odnawialnych źródeł energii.

Krzysztof SurgutKrzysztof Surgut

Twoja Firma została zaatakowana przez hakerów? No to może warto odpowiedzieć im "Pięknym za Nadobne" i przygotować lub zlecić kontratak? To nie jest najlepszy pomysł. Dlaczego? Zapraszam do lektury.