Poznaj atom

NCBJ dla ochrony zdrowia i bezpieczeństwa

Poniedziałek 16 grudnia 2013

11 grudnia 2013, Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) uroczyście zakończyło projekt badawczo – rozwojowy finansowany środkami Unii Europejskiej o wartości 85,5 mln zł. W trakcie prac powstało pięć innowacyjnych urządzeń dla medycyny (Coline 6, IntraLine, InLine PN50) i dla ochrony granic oraz bezpieczeństwa kraju (SWAN, CANIS). Otrzymane wyniki są potwierdzeniem wysokich kompetencji polskich naukowców i ich roli w budowaniu pozycji Polski na arenie międzynarodowej.

W ramach projektu badawczo-rozwojowego „Rozwój specjalizowanych systemów wykorzystujących akceleratory i detektory promieniowania jonizującego do terapii medycznej oraz wykrywania materiałów niebezpiecznych i odpadów toksycznych”, znanego pod skróconą nazwą „Akceleratory i Detektory” (AiD), powstało pięć demonstratorów innowacyjnych systemów wykorzystujących akceleratory i detektory promieniowania jonizującego, w tym detektory fotonów i neutronów, do terapii medycznej (Coline 6, IntraLine, InLine PN50) oraz wykrywania materiałów niebezpiecznych i odpadów toksycznych (SWAN, CANIS).

„Realizacja projektu AiD, pierwszego tak dużego przedsięwzięcia finansowanego środkami Unii Europejskiej w ramach naszego instytutu, jest doskonałym potwierdzeniem wysokich kompetencji Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Przez czas jego trwania nasi eksperci wykonali pięć innowacyjnych demonstratorów urządzeń ratujących ludzkie życie i poprawiających efektywność w przemyśle i ochronie granic” - podkreśla prof. dr hab. Grzegorz Wrochna, dyrektor NCBJ – „Mamy nadzieję, że wkrótce uzyskane przez nas wyniki prac badawczych znajdą praktyczne zastosowanie i podniosą rangę naszych – polskich – osiągnięć na arenie międzynarodowej. Wierzymy, że uzyskane unikatowe know-how posłuży nam w realizacji kolejnych tak dużych i potrzebnych projektów. Instytut w Świerku jest zatem doskonałym miejscem do realizacji takich przedsięwzięć”.

Projekt AiD jest projektem pojedynczym, realizowanym jedynie przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych. Jego celem jest wzrost innowacyjności i konkurencyjności polskiej nauki i przemysłu w zakresie systemów do diagnostyki i terapii nowotworów oraz prześwietlania ładunków wielkogabarytowych. Projekt o wartości 85 584 643 zł został dofinansowany w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka środkami Unii Europejskiej w wysokości 67 507 000 zł.

AiD dla medycyny

Kluczowa część projektu dotyczy medycznych zastosowań promieniowania jonizującego. W ramach projektu AiD, wychodząc naprzeciw problemom wzrastającej liczby zachorowań na nowotwory w świecie oraz niedostatku ilości sprzętu do skutecznej radioterapii, którą według zaleceń WHO należy przynajmniej podwoić, opracowano trzy systemy do terapii z użyciem akceleratorów:

•Coline 6 - wysokospecjalistyczny akcelerator medyczny do zaawansowanych procedur radioterapeutycznych
•IntraLine - elektronowy akcelerator medyczny do leczenia śródoperacyjnego
•InLine PN50 - niskoenergetyczny akcelerator z lampą rentgenowską do brachyterapii.

Coline 6 powstał na bazie pierwszego modelu demonstratora wysokospecjalistycznego akceleratora medycznego, przeznaczonego do realizacji zaawansowanych technik radioterapeutycznych, takich jak: radioterapia z modulacją intensywności dawki (IMRT – Intensity Modulated Radiation Therapy) czy radioterapia prowadzona obrazem (IGRT – Image Guided Radiation Therapy). Akcelerator wyposażony jest w innowacyjny kolimator wielolistkowy z podwójnym systemem pozycjonowania, megawoltowy system obrazowania oraz system sterowania wykorzystujący najnowszej generacji systemy czasu rzeczywistego. W celu realizacji technik wysokospecjalistycznych badacze NCBJ stworzyli szereg unikalnych systemów zapewniających wysoką jakość i bezpieczeństwo radioterapii. W ramach projektu AiD zademonstrowano technikę radioterapii statycznej i dynamicznej wraz z obrazowaniem megawoltowym. Realizacja technik wysokospecjalistycznych została pozytywnie oceniona przez ekspertów. Ta część projektu AiD umożliwiła nowatorskie prace nad kolimatorem wielolistkowym wiązki promieniowania jonizującego, które zaowocowały zgłoszeniem patentowym.

IntraLine przeznaczony jest do elektronowej radioterapii śródoperacyjnej. Akcelerator ten zapewni zwiększenie efektywności walki z nowotworem poprzez zastosowanie radioterapii w trakcie zabiegu chirurgicznego (na sali operacyjnej). Zabieg taki z użyciem intensywnej wiązki elektronów o szerokim zakresie energii pozwala znacznie zredukować ryzyko pooperacyjnych wznowień nowotworowych. Ponadto, urządzenie pozwoli na minimalizację błędu w określeniu położenia nowotworu oraz znacznie skróci czas leczenia i przebywania pacjentów w szpitalu. Z jednej strony, IntraLine wykorzystuje najbardziej wyrafinowane metody radioterapii, z drugiej zaś będzie w pełni zautomatyzowany i łatwy w użyciu. Sercem tego urządzenia jest struktura przyspieszająca zbudowana z 18 wnęk rezonansowych, które umożliwiają uzyskiwanie wiązki terapeutycznej o energii w przedziale od 4 do 12 MeV i mocy dawki 10-15 Gy/min. Urządzenie zapewnia możliwość zastosowania aplikatorów różnej wielkości w zależności od rozmiarów i lokalizacji guza nowotworowego. Prace nad akceleratorem IntraLine w ramach projektu AiD wymagały budowy interdyscyplinarnego zespołu, łączącego mechanikę z fizyką akceleracji cząstek i systemami elektronicznymi. Praca ta przyczyniła się do złożenia 4 zgłoszeń patentowych i budowy kompetencji w dziedzinie najbardziej zaawansowanych narzędzi obliczeniowych.

InLine PN 50 przeznaczony jest do radioterapii nowotworów, w szczególności nowotworów piersi. Jest to nowoczesny, mobilny system, który również wykorzystywany będzie do naświetlań śródoperacyjnych w leczeniu zachowawczym. Podstawowa zaleta systemu InLine PN50 to łatwość obsługi urządzenia i niewysoki koszt jego wytworzenia. Dlatego też system InLine PN50 może być wykorzystywany w mniejszych, regionalnych ośrodkach onkologicznych. W celu zwiększenia kontroli i bezpieczeństwa pracy, system InLine PN 50 został doposażony w innowacyjną komorę testową, która sprawdza poprawność działania generatora rentgenowskiego przed każdym zabiegiem radioterapii. Komputerowy system zarządzania radioterapią kolejkuje pacjentów, sprawdza poprawność działania generatora w komorze testującej oraz steruje samą radioterapią prowadząc jednocześnie akwizycję wszystkich kluczowych danych. W ramach projektu AiD rozwinięto technologię prototypowania lamp rentgenowskich z igłopodobnymi anodami oraz technologię wytwarzania zminiaturyzowanych zasilaczy wysokiego napięcia. Warto również nadmienić, że technologie rentgenowskie rozwijane w ramach projektu AiD mogą znaleźć szersze niż medyczne zastosowania, miedzy innymi w systemach kontroli nieniszczącej, w analizie składu materiałów oraz w systemach monitorowania procesów produkcyjnych.

AiD przeciw działaniom terrorystycznym

W ramach projektu AiD naukowcy NCBJ opracowali również dwa demonstratory systemów służących do kontroli ładunków, wykorzystujące innowacyjne metody radiografii oraz aktywacji materiałów wiązkami neutronów. Wraz z wejściem Polski do strefy Schengen oraz wzrostem zagrożenia terrorystycznego w Europie, konieczne stało się poszukiwanie coraz doskonalszych metod wykrywania przemytu oraz stosowanie zaawansowanych technik kontroli. Jedną z nich jest coraz powszechniej stosowana kontrola rentgenowska poruszających się kontenerów i ładunków wielkogabarytowych. Proponowane przez NCBJ rozwiązania, konsultowane z pracownikami Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, bazujące na wykorzystaniu promieniowania jonizującego o różnym charakterze, z pewnością po ich wdrożeniu zapewnią nową jakość w dziedzinie ochrony granic i kraju. Naukowcy ze Świerka opracowali dwa urządzenia:

•CANIS – radiograf służący do wykrywania substancji niebezpiecznych i toksycznych
•SWAN – mobilne urządzenie służące do szybkiego wykrywania i identyfikacji materiału wybuchowego lub narkotyków.

CANIS służy do wykrywania substancji niebezpiecznych i toksycznych oraz towarów przewożonych nielegalnie. Jest systemem rentgenowskim do badania ładunków wielkogabarytowych na przejściach granicznych, którymi mogą być samochody ciężarowe, kontenery lotnicze lub nawet wagony kolejowe cargo. W jego skład wchodzi dwuenergetyczny akcelerator 4MeV/6MeV, linia detektorów oraz oprogramowanie, które steruje układem i wyświetla obrazy prześwietlanych ładunków. W ramach projektu AiD NCBJ opatentowało specjalną technologię budowy akceleratorów o szybkozmiennej energii przeznaczoną do kontroli pojazdów, która stawia to urządzenie w linii najnowocześniejszych na świecie. Technologia ta umożliwia również wizualizację ładunku (tzw. pseudokolor). System CANIS wytwarza promieniowanie X, prześwietla wielkogabarytowy ruchomy obiekt, a następnie dokonuje detekcji promieni X, które przeszły przez obiekt. System detekcyjny demonstratora, mierzący strumień promieniowania rentgenowskiego po jego przejściu przez prześwietlany ładunek, jest odpowiedzialny za konwersję promieniowania rentgenowskiego na światło, a następnie na sygnały elektryczne. Na końcu sygnały analogowe przetwarzane są na cyfrowe. Następnie odpowiedni program komputerowy dokonuje formatowania obrazów i wyświetla je na ekranie monitora komputerowego. Obraz wyświetlony w czasie rzeczywistym na ekranie monitora pozwala na identyfikację zawartości ładunku. System informatyczny będący częścią demonstratora radiografii X pracuje w środowisku systemu operacyjnego Windows i składa się z kilku modułów. Jego część graficzna pozwala na analizę i przetwarzanie danych umożliwiając identyfikację prześwietlanych materiałów ze względu na przynależność badanego produktu do jednej z grup gęstościowych. Gromadzenie danych opiera się na rozwiązaniach bazodanowych, a system informatyczny charakteryzuje się dużą elastycznością. Najistotniejszą zaletą urządzenia CANIS jest możliwość głębokiej penetracji obiektów przy jednoczesnym zachowaniu dużego poziomu bezpieczeństwa. Ponadto, instalacja systemu CANIS nie jest skomplikowana.

SWAN jest to mobilne urządzenie służące do szybkiego wykrywania i identyfikacji materiału wybuchowego lub narkotyku. Działanie systemu bazuje na oznaczaniu składu izotopowego substancji metodą neutronowej analizy aktywacyjnej - nieinwazyjnej techniki analitycznej służącej do identyfikacji oraz oznaczania względnej ilości pierwiastków w badanych materiałach. Istotą tej metody jest aktywowanie substancji strumieniem neutronów, a następnie rejestracja i analiza wtórnego promieniowania gamma pochodzącego ze wzbudzonych jąder atomów badanego materiału. Do aktywacji badanego obiektu stosowany jest ciągły strumień neutronów prędkich o energii 14 MeV. Analiza oddziaływania neutronów z materią dostarcza informacji o uśrednionym składzie izotopowym badanego obiektu i na tej podstawie pozwala określić rodzaj materiału i zagrożenia, jakie on niesie. Dużą zaletą zastosowanej metody jest bardzo duża przenikliwość promieniowania neutronowego, pozwalająca analizować skład materiału celowo ukrytego, hermetycznie zamkniętego lub silnie osłoniętego. Urządzenie pozwala na badanie obecności materiału wybuchowego bez konieczności pobierania próbek i kontaktu z obiektem stanowiącym potencjalne niebezpieczeństwo. Zastosowanie urządzenia może wykraczać poza opisane wyżej scenariusze. Badane są możliwości wykorzystania SWAN-a do badania jakości kopalin, kontroli materiałów budowlanych, a także do identyfikacji odpadów radioaktywnych.
Facebook