авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ВИДЕНИЕ БУДУЩЕГО: 2012-2020

Издание подготовлено в рамках проекта «Форсайт

радиационных технологий». Инициатором данного

проекта выступил Ядерный кластер Фонда «Сколково».

В рамках подготовки настоящего доклада экспертами Ядерного кластера и Фонда «Центр стра-

тегических разработок «Северо-Запад» были проанализированы текущая ситуация и тенденции

в развитии неэнергетических применений радиационных технологий. На основе полученных данных рассмотрены некоторые аспекты будущего развития радиационных технологий. Разделы доклада охватывают перспективы изменений по технологическому, организационному и рыночному разви тию радиационных технологий на новом этапе (2012-2020 годы), а также позиции России в области радиационных технологий.

РУКОВОДИТЕЛЬ АВТОРСКОГО РЕДАКТОРСКИЙ СОВЕТ:

КОЛЛЕКТИВА:

Ковалевич Д. А., исполнительный директор Вишневкин А. Б., заместитель директора по развитию ОАО «НТЦ РАТЭК»

Кластера ядерных технологий Фонда «Сколко во», координатор технологической платформы Зыков М. П., начальник отдела РФП ФГУП «Радиационные технологии», советник Гене «НПО «Радиевый институт им. В. Г. Хлопина»

рального директора государственной корпора ции «Росатом». Марченков Н. С., начальник научно технологического комплекса молекулярной визуализации НБИК-центра Национальный АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ: Исследовательский Центр «Курчатовский институт»

Фертман А. Д., кандидат физико математических наук, советник президента Молин А. А., научный консультант программы Фонда «Сколково» по ядерным технологиям «Радиационные технологии» госкорпорации «Росатом»

Княгинин В. Н., директор Фонда «Центр стратегических разработок «Северо-Запад» Гавриш Ю.Н., заместитель директора Центра линейных ускорителей циклотронов Научно Желтова В. В., руководитель проектного исследовательский институт направления Фонда «Центр стратегических электрофизической аппаратуры разработок «Северо-Запад»

им. Д. В.Ефремова Андреева Н. С., ведущий специалист проектно Технический редактор: Колесник А. Ф.

го направления Фонда «Центр стратегических разработок «Северо-Запад»

2 ВСТУПИТЕЛЬНОЕ СЛОВО ПРЕЗИДЕНТА НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

Академик Е. П. Велихов За многие годы, которые я посвятил исследованиям и разработкам в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, я привык к тому, что моя работа и работа моих коллег может приводить к совершенно незапланированным результатам. Развитие технологий, использующих ионизирующее излучение, идет как раз по такому, знакомому многим ученым, сценарию. Но таких серьезных успехов, какие сегодня демонстрируют радиационные технологии (пучковые, лазерные, плазменные), «боковым ответвлениям магистрального пути» удается добиться очень редко. Тот задел в понимании измерительных методик, а также процессов и технологий управления излучением, который получил Советский Союз, развивая военную и энергетическую (в т.ч. термоядерную) программы, дал возможность сегодня эффективно использовать пучки частиц и электромагнитные поля в ядерной медицине, в полупроводниковой промышленности, в системах транспортной безопасности и в других отраслях.

Когда Кластер ядерных технологий предложил Консультативному научному совету Фонда «Сколково» сделать радиационные технологии основным направлением деятельности, по которому будет поддержано создание новых бизнесов, за эту идею высказались и я, и профессор А. Бемент из университета Пердью, и академики В. Е. Фортов и В. Я. Панченко, и другие члены КНС.

Я очень рад, что молодые коллеги начинают путь к формированию новой индустрии с анализа текущей технологической и экономической ситуации и систематизации опыта предшественников. Представленный на суд общественности доклад наполнен темами для острых дискуссий, но уже сегодня он позволяет совершенно по-новому взглянуть на перспективы практического применения ионизирующих излучений и, я надеюсь, даст новый импульс к развитию радиационных технологий и в России, и в мире.

4 ВСТУПИТЕЛЬНОЕ СЛОВО ПРЕЗИДЕНТА ФОНДА «СКОЛКОВО»

В. Ф. Вексельберг Уважаемые читатели доклада!

Год назад, в ходе дискуссий о стратегии Кластера ядерных технологий Фонда «Сколково», мы выработали два критерия для определения приоритетов его деятельности: поддерживать технологии, которые вносят вклад в долгосрочное глобальное развитие и имеют высокий потенциал для создания стартапов на растущих рынках. Именно поэтому мы приняли решение сфокусироваться на развитии радиационных технологий.

Радиационные технологии, рынки применения которых уже сегодня по размеру сопоставимы с ядерной энергетикой, являются неотъемлемой стороной нашей жизни.

Это и современная диагностика и терапия в медицине, и системы обеспечения транспортной безопасности, и новые средства очистки воды и воздуха. Не менее значимым направлением является использование радиационных технологий в индустриальном развитии: в микроэлектронике, легкой промышленности, металлургии, в производстве топлива, переработке промышленных отходов и так далее.

Для меня как для предпринимателя это не пустые слова. Еще до запуска проекта «Сколково» я сформировал свою позицию о перспективности вложений в радиационные технологии. В моих планах расширение инвестиций в этот сектор — как в сторону рынка ядерной медицины, выходящего на новый виток развития, так и в других растущих направлениях.

Научный потенциал, накопленный в России за 60 лет развития радиационных технологий этого сектора в прошлом, еще далеко не полностью конвертирован в рыночные позиции, а поэтому привлекателен для создания новых бизнесов. В данной сфере Фонд «Сколково» не только поддерживает стартапы, но и играет роль координатора национальной технологической платформы «Радиационные технологии» – важнейшего механизма создания условий для коммерциализации новых технологических решений, площадки для взаимодействия заказчиков, производителей и разработчиков технологий.

Рассчитываю, что представленный доклад будет интересен не только профессионалам в сфере радиационных технологий, но и тем предпринимателям и инвесторам, которые внимательно относятся к глобальным технологическим трендам и открывающимся в процессе их развития новым рынкам.

6 ВСТУПИТЕЛЬНОЕ СЛОВО РУКОВОДСТВА КЛАСТЕРА ЯДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФОНДА «СКОЛКОВО» А. Д. Фертман Чтобы сразу расставить все точки над i, ответим на главный вопрос: зачем мы, два совершенно разных человека – исследователь и управленец, – взялись за анализ и развитие сферы радиационных технологий. Ответов два. Во-первых, мы уверены, что радиационные технологии имеют хороший шанс уже в ближайшем будущем стать такой же технологической основой для большинства современных индустрий, какой пятьдесят лет назад стала микроэлектроника, а в последнее десятилетие Д. А. Ковалевич – наномасштабное конструирование материалов. Во-вторых, наш интерес подкрепляется тем, что, реализуя программу развития радиационных технологий, мы каждый день сталкиваемся с новыми вызовами и вопросами, которые не имеют очевидных, лежащих на поверхности, ответов – во многом потому, что мы одни из первых на этом пути.

Решение о создании Кластера ядерных технологий в Сколково было инициировано на волне «ренессанса атомной энергетики» и основано на традиционно сильных позициях России в ядерной науке и индустрии. Однако уже первые обсуждения приоритетов деятельности Кластера ядерных технологий «Сколково» с нашими коллегами и друзьями из Государственной корпорации «Росатом», Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», институтов Российской академии наук показали, что у нас нет оснований рассчитывать на бурное развитие малых форм предпринимательства в секторе атомной энергетики. Результатом дискуссий стал согласованный вывод о фокусировке деятельности Кластера на развитии технологий и разработок оборудования, обеспечивающих рыночное использование ионизирующих излучений (радиационных технологий).

Без сомнения, самым известным применением РТ является ядерная медицина — стандарт здоровой жизни современного человека. Однако даже краткий анализ возможностей использования ионизирующего излучения позволяет увидеть, насколько широко РТ присутствуют и на других рынках: глобальная безопасность и микроэлектроника, металлургия и приборостроение, пищевая и легкая промышленность, добыча и переработка полезных ископаемых, экология.

Неотъемлемыми элементами этих индустрий стали ускорители, нейтронные генераторы, лазеры, детекторы частиц и излучений, ВЧ- и СВЧ-системы.

Оценивая сегодняшний уровень распространенности РТ и разнообразие предлагаемых технологических решений, основанных на единых физических принципах, а также темпы освоения новых секторов экономики, мы пришли к пониманию, что имеем дело не просто с развитием разрозненной группы прикладных решений, но с процессом становления новой технологической платформы. Именно это понимание легло в основу решения об организационном оформлении научно исследовательских и опытно-конструкторских работ, ведущихся в России в сфере РТ, в единую национальную технологическую платформу и о формировании в ее рамках специальных механизмов поддержки профильных компаний и исследовательских центров.

8 10 Исторически развитие ядерных технологий (в первую очередь — энергетических) требовало проведения междисциплинарных исследований, в рамках которых тесно сотрудничали специалисты в области физики, химии, математики, инженерного проектиро вания и других областей знания. Такая логика развития атомной отрасли и высокие требования, которые предъявлялись к техно логическим решениям, сформировали потенциал для развития отрасли новых индустрий и трансфера ядерных технологий в дру гие сектора экономики. Одним из таких направлений стали ра диационные технологии (РТ), подходящие для неэнергетических применений и базирующиеся на использовании ионизирующего излучения и электромагнитных полей. С неэнергетическими РТ на данный момент связаны высокотехнологичное ускорительное, лазерное, плазменное, магнитное оборудование, изотопы и методи ки облучения живых и неживых объектов.

К настоящему моменту, в результате более чем столетнего периода изучения взаимодействия ионизирующего излучения (ИИ) с веще ством и масштабирования технологических решений, основанных на различных эффектах, проявляющихся в результате воздействия ИИ на живые и неживые системы, получена линейка технологий управ ления излучением, создания источников излучения, а также предло жен широкий спектр услуг и продуктов — как для конечных пользова миллиардов телей, так и в виде промежуточных звеньев технологических цепочек долларов — в самых разных индустриях.

совокупный объем рынков применения РТ на текущем этапе РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И РАЗНОПЛАНОВОСТЬ КРАТКОЕ РТ, ОСНОВАННЫХ НА ЕДИНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ СОДЕРжАНИЕ ПРИНЦИПАХ, ПОЗВОЛЯюТ ВЫДЕЛИТЬ И ОСНОВНЫЕ ИХ В ОТДЕЛЬНУю ТЕЗИСЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКУю ПЛАТФОРмУ ДОКЛАДА Производственные решения на основе радиационных технологий вносят значительный вклад в развитие По оценкам экспертов, потенциальный объем рынков РТ составит четыреста-пятьсот миллиардов долларов в перспективе ближай мировой экономики. Совокупный объем рынков при шего десятилетия. На сегодняшний день радиационные техноло менения РТ на текущем этапе — около двухсот милли- гии очень востребованы во всем мире. Более двадцати процентов ардов долларов. из топ-ста мировых корпораций используют их в производствен ных и технологических процессах: в медицине — для диагностики и терапии онкологических заболеваний, стерилизации медицин ских изделий и материалов;

в транспортной безопасности — для тельно растет потребление в «дорогих» сегментах1, связанных с 1890-е создания систем досмотра пассажиров и багажа;

в автомобильной радиационными технологиями. Кроме того, наблюдается рост рын промышленности — для повышения износоустойчивости шин ков применений РТ в развивающихся странах, в первую очередь — год открытия и окраски автомобилей;

в пищевой и косметической промышлен- в странах БРИК. Поступательное увеличение затрат на медицину, рентгеновского ности — для обеззараживания и увеличения сроков хранения про- интенсивный промышленный рост, рост потребления пищевых про излучения дукции;

в производстве материалов — для изменения их свойств;

дуктов в развивающихся странах создают платежеспособный спрос в геологоразведке и добыче полезных ископаемых;

в других обла- на соответствующие применения радиационных технологий;

стях.

«Близкая» готовность к выходу на рынок новых (более эффектив ных) поколений существующих РТ-систем, в том числе связанных с развитием компонентной базы;

ТЕКУЩЕмУ УРОВНю РАЗВИТИЯ Технологическое развитие смежных сфер (например, развитие тех РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ нологий визуализации, создание новых типов детекторов, примене ПРЕДшЕСТВОВАЛИ ТРИ эТАПА ние новых материалов, комбинирование различных ядерно-физиче ских методов в одной системе, автоматизация и роботизация);

Этап фундаментальных и прикладных исследований: начиная Возможности встраивания в новые динамично развивающиеся с открытия рентгеновского излучения в 1895 году и радиоактивно 1990-е сферы применения (наномедицина, разработка и производство сти — примерно до конца 1950-х годов;

новых конструкционных и функциональных материалов и др.).

начало Этап «пилотного» внедрения и отработки технологических реше масштабного ний: в течение 1960-1980-х годов, внедрение первых коммерческих применения прототипов оборудования, расширение сфер применения, первые НОВЫЙ эТАП РАЗВИТИЯ радиационных опыты масштабирования решений. В этот период на национальном технологий РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ уровне были начаты процессы сертификации облученной продук- в отдельных ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ НЕСКОЛЬКИмИ секторах ции;

промышленности ПРИНЦИПИАЛЬНЫмИ ИЗмЕНЕНИЯмИ Этап «фрагментированного» масштабирования технологий: 1990– 2010-е годы, когда началось масштабное применение радиацион ных технологий в отдельных секторах: промышленности, медицине, Происходит переход от энергетических применений РТ к неэнер безопасности, сельском хозяйстве. Под эгидой МАГАТЭ в рамках гетическим. Обозначенный переход идет на протяжении последних концепции устойчивого развития международное сообщество нача- тридцати лет и был наиболее заметен в 1990-х годах, когда на рынки ло активно продвигать радиационные технологии в развивающих- был выведен целый ряд продуктов, связанных с РТ, в первую очередь ся странах (это касалось изотопной гидрологии, радиологии, сель- — новая диагностическая техника (ПЭТ) и соответствующие радио ского хозяйства). «Фрагментированный» (в отдельных секторах) фармпрепараты. Так, еще в середине первого десятилетия 2000-х характер внедрения был обусловлен ограничениями в экономике, годов в Японии объем вложений в неэнергетические РТ фактически а также ограниченной доступностью решений (стоимость, безопас- был равен вложениям в энергетические.

ность, простота в использовании. Кроме того, отсутствовали необ Начинается переход от собственно радиационных технологий к кон ходимые и недорогие источники излучения).

вергентным, связанный с необходимостью совмещения различных технологий в рамках единых систем и технологических комплек сов. В ходе этого процесса происходят изменения в корпоративной В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕмЯ РАДИАЦИОННЫЕ структуре рынка (поглощение малых и средних компаний, обла дающих необходимыми компетенциями;

создание консорциумов), ТЕХНОЛОГИИ НАХОДЯТСЯ НА ПОРОГЕ а также в форматах организации исследовательской и производ ОЧЕРЕДНОГО, ЧЕТВЕРТОГО, эТАПА ственной деятельности;

РАЗВИТИЯ, ЧТО ОБУСЛОВЛЕНО Происходит географическая трансформация рынков РТ, связанная, РЯДОм РЫНОЧНЫХ в первую очередь, со стремительным экономическим развитием И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ стран Азии и Латинской Америки. Центры потребления смещаются в Китай, Индию, Бразилию;

появляются новые национальные игроки на рынках РТ-оборудования.

Рост спроса на радиационные технологии в развитых и развива ющихся странах. Например, в настоящее время в странах ОЭСР (США, Канада, страны ЕС, Япония, Республика Корея) поступа 1 В первую очередь — в медицине (дорогостоящее медицинское диагностическое и терапевтическое оборудо вание).

14 Обозначенные процессы создают основу для новой волны инвести- Несмотря на исследовательское лидерство в радиационных тех ций в неэнергетические радиационные технологии (R&D и произ- нологиях в 1970-1980-х годах, из-за серьезного экономическо водства). го спада 1990-х годов Россия фактически пропустила этап мас совой коммерциализации научно-технического задела в области РТ (отсутствие возможностей по финансированию соответству ющих направлений усугублялось тем, что атомная отрасль, тесно ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ, связанная с вопросами обороноспособности и нераспространения ПО КОТОРЫм БУДЕТ ПРОИСХОДИТЬ ядерных технологий, была «режимной» и закрытой).

РАЗВИТИЕ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА НОВОм эТАПЕ, — СЛЕДУюЩИЕ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕмЯ Оптимизация стоимостных параметров существующих решений, ПЕРЕД РОССИЕЙ СТОЯТ значительный вклад в которую внесут инжиниринговые и кон струкционные решения, такие как постановка современных систем мАСшТАБНЫЕ ЗАДАЧИ, управления жизненным циклом, использования новых материалов СВЯЗАННЫЕ С РАЗВИТИЕм для создания систем защиты и так далее;

РАДИАЦИОННЫХ 2000-е Повышение компактности, мобильности систем, создание понятных ТЕХНОЛОГИЙ и простых пользовательских интерфейсов, позволяющих работать с оборудованием операторам средней квалификации;

начинается переход Коммерциализация «научных» применений РТ. Например, один от радиационных из блоков перспективных технологических решений связан с мас технологий штабированием технологий генерации и формирования излучения, к конвергентным из-за применение которых пока велось только в исследовательских целях А именно: обеспечить коммерциализацию огромного научно необходимости и коммерчески не поставлено. Основные цели проводимых исследо- технического задела и «дособрать» недостающие компетенции совмещения ваний и разработок — создание более компактного оборудования и (ИКТ, биотехнологии) для создания прорывных продуктов мирового различных «более дешевого пучка», разработка новых поколений оборудования уровня.

технологий для генерации пока не коммерциализованных или слабо коммерци в рамках единых систем ализованных видов излучения — нейтронного, протонного, синхро и технологических тронного;

комплексов Разработка технических и технологических решений для обеспе чения расширения областей применения РТ (специализированное оборудование для различных сфер);

Новый цикл фундаментальных исследований, связанных, в том чис ле, с динамикой развития атомной энергетики (как и на первом эта пе развития РТ) и всем спектром технологий новых реакторов и зам кнутого ядерного топливного цикла (радиохимия, accelerator driven systems и другие технологии).

Динамика рыночного и технологического развития радиационных технологий будет в значительной степени зависеть от уровня ко операции и/или интеграции компаний-носителей компетенций в радиационных технологиях с компаниями нового типа, обладаю щими т.н. «открывающими» технологиями. Речь идет о биотехноло гических компаниях;

компаниях, связанных с производством новых материалов, производителях электроники;

ИТ-компаниях (техно логии 4D-визуализации, автоматизированная обработка данных, пользовательские интерфейсы);

инжиниринговых компаниях.

16 1895-1950:

ПЕРВЫЙ эТАП — 1.1 ФУНДАмЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ С открытия рентгеновского излучения и радиоактивности в году примерно до конца 1950-х годов продолжался начальный, исследовательский этап развития РТ, на тот момент — по боль шей части энергетических. На данном этапе драйвером развития РТ выступили масштабные государственные вложения в соот ветствующие фундаментальные исследования, инициированные, в том числе, военными/оборонными ведомствами (как и в случае со многими иными высокими технологиями, заимствованными из атомного, военного и космического проектов развитых стран).

С пятидесятых годов XX века начинается массовое создание ядер ных исследовательских институтов и их инфраструктуры: опытных и конструкторских бюро, исследовательских реакторов, норма тивно-правовой базы. Открытие первых атомных электростанций, государственная поддержка больших исследовательских проектов создали положительный имидж мирных ядерных технологий и обре ли широкую поддержку их инновационного применения.

В эТОТ ПЕРИОД ПРОИЗОшЛО эТАПЫ РАЗВИТИЯ ФОРмИРОВАНИЕ ЦЕНТРОВ «ПЕРВИЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ КОмПЕТЕНЦИЙ»

ТЕХНОЛОГИЙ В РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ НА БАЗЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ «До сих пор ускорители, как правило, делались для иссле довательских целей — для изучения строения материи. ИНСТИТУТОВ: ПОЛУЧЕНЫ Однако в проникающей радиации таятся большие практи- ЗНАНИЯ О ПРИРОДЕ ческие возможности»

ВОЗДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИЗЛУЧЕНИЙ Академик Г.И.Будкер, 1969г.

НА жИВУю И НЕжИВУю мАТЕРИю 1960-1980:

ДОмИНИРУюЩИм НАПРАВЛЕНИЕм ВТОРОЙ эТАП — 1. ФУНДАмЕНТАЛЬНЫХ ВНЕДРЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ БЫЛИ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ эНЕРГЕТИЧЕСКИЕ НЕэНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРИмЕНЕНИЯ ВСЕХ ЯДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ТИПОВ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В течение 1960-1980-х годов был осуществлен первый цикл мас сового внедрения неэнергетических РТ. Он состоялся, во-первых, за счет разработки и внедрения первых коммерческих прото Что касается неэнергетических радиационных технологий, то клю- типов источников излучения и технологического оборудования, чевыми направлениями работ на данном этапе стали: а во-вторых — за счет расширения сфер применения РТ.

Изучение основных принципов генерации и транспортировки пучков заряженных частиц, а также физики взаимодействия электронов и протонов с веществом (данные принципы в дальнейшем легли РАЗВИТИЕ РТ НА ДАННОм эТАПЕ БЫЛО в основу неэнергетических применений РТ);

ОБУСЛОВЛЕНО БОЛЬшОЙ ПОТРЕБНОСТЬю Наработка опыта и развитие компетенций по созданию В РЕшЕНИИ ЗНАЧИмЫХ СОЦИАЛЬНО источников излучения разной мощности, управления ими. Един эКОНОмИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ственная коммерческая реализация научно-технологических разра Вильгельм В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ:

боток на этом этапе — рентгеновские аппараты.

Конрад Рентген — в 1895 году им было обнаружено Демографический переход привел к необходимости развития здра Рисунок 1 Таймлайн первого этапа развития РТ существование воохранения, создал запрос на повышение эффективности сель рентгеновских ского хозяйства и системы снабжения продуктами питания;

Открытие Создание Создание лучей рентгеновских ядерных первых Революция в химическом синтезе и переход к синтезу полимеров лучей исследовательских циклотронов означали запрос на эффективные технологии полимеризации лабораторий (помимо крекинга) и работы с полимерами. Радиационное сшива ние полиолефинов и вулканизация эластомеров, а впоследствии 1932- и другие технологии создания и обработки полимеров, стали тех 1895 1903 1920е нологическим ядром, обеспечившим массовую производственную реализацию «полимерной революции»1. Позже аналогичным обра зом произошло массовое внедрение ионной имплантации при про Нобелевская Открытие изводстве подложек для кремниевых плат в электронике;

премия искусственной за открытие радоактивности В этот период, после нефтяного кризиса начала 1970-х, впервые радиоактивности остро встал вопрос энергоэффективности производственных про цессов, что послужило одним из важных оснований ставки на РТ.

Первый Открытие бетатрон принципа Энергия, используемая для нанесения покрытий с помощью ускори автофазировки телей, составляет всего 7% от энергии, нужной для такого же тер 1946 1944 1938 1940 1 С начала 1970-х годов в развитых странах появились первые установки (УФ, ускорители электронов) по ра диационной обработке полимеров;

среди наиболее важных процессов, осуществляемых с помощью РТ, – радиа ционное сшивание полиолефинов. К середине 1970-х годов все ключевые поставщики продукции из полиэтиле Открытие Реализован Начало на и поливинилхлорида имели в своих производственных цепочках РТ. Появились поставщики сырья специально деления урана;

процесс производства под этот техпроцесс. К началу 2000-х годов только в Японии было установлено порядка двухсот ускорителей, открытие цепной радиоизотопов применявшихся в обработке полимеров.

явления ЯМР ядерной реакции для медицинских целей (США) 20 мического процесса. Этот фактор послужил основой для того, чтобы Окончание второго этапа развития РТ совпало с аварией на Чер радиационными технологиями были заменены термические процес- нобыльской АЭС, ставшей причиной «атомной паузы» (перерыва сы (например, в пастеризации пищевой продукции). в развитии атомной энергетики), которая затянулась на пятнадцать лет и отчасти стала основанием для перенаправления внимания Соответствующий запрос обеспечил возможность внедрения пер- с энергетических применений РТ на неэнергетические.

вых поколений источников излучения и соответствующего оборудо вания, связанного с РТ (медицинские ускорители, оборудование для лучевой терапии — «кобальтовые пушки», радиоизотопная терапия;

Рисунок 2 Таймлайн второго этапа развития РТ (на примере динамики в сфере в 1970-х — оборудование для производства электроники, в том ядерной медицины) числе используемое в литографических процессах).

В это же время началось финансирование исследований по при- Создание Института Опытный образец Опытные медицинской радиологии менению различных видов РТ в медицине (адронная, нейтронная, медицинского установки АМН в СССР и создание нейтрон-захватная, протонная терапия, клинические исследования, линейного протонной Ассоциации мед. физиков которые были завершены к началу 1990-х годов) и в производстве ускорителя терапии АМА в США материалов.

1952- 1956 1950 1951 1970-е 1954 Регламентация Создание ЛИДЕРАмИ НА ВТОРОм Радиационными РФП на основе экспериментальной технологиями I-131 (США) установки эТАПЕ РАЗВИТИЯ РТ СТАЛИ были заменены рентгеновской КТ СТРАНЫ, РАНЕЕ СОЗДАВшИЕ термические процессы У СЕБЯ ПОЛНОмАСшТАБНЫЕ Создание Стандартизация Создание ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ прототипа РФП в качестве опытной 3D сканера одного из вида установки КТ ИНФРАСТРУКТУРЫ (США) лекарств (США) И СПОСОБНЫЕ ПЕРЕЙТИ 1965 К ПРОИЗВОДСТВУ ОПЫТНЫХ 1959 1962 1963 И КОммЕРЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ОБОРУДОВАНИЯ Прототипы Первые установок электронные ПОД ФОРмИРУюЩИЕСЯ ОФЭКТ и ПЭТ коллайдеры РЫНКИ ПРИмЕНЕНИЯ РТ 1971 1972 Признание ядерной Клинические Официальное медицины в качестве испытания открытие ЯМР При этом если в СССР разработчиком и заказчиком НИОКР явля- медицинской рентгеновской КТ (МРТ) –томографии* специальности в США лось государство, то в США, Японии и странах Западной Европы (Франция, Германия, Англия, Бельгия, Нидерланды) в РТ инвестиро вали частные высокотехнологические концерны, ставшие впослед ствии (на третьем этапе) лидерами на рынках оборудования, свя- *В СССР способ и устройство для томографии предложил в 1960 году В.А. Иванов.

занного с РТ. Базой для развития РТ являлись национальные рынки Но официальным годом этого изобретения принято считать 1973. Именно тогда профессор химии Пол Лотербур опубликовал в журнале «Nature» статью «Создание развитых стран — медицина (рентгенодиагностика, дистанционная изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия;

примеры на лучевая терапия, медицинские радиоизотопы), сельское хозяйство основе магнитного резонанса»).

(облучение сельскохозяйственной продукции) и промышленность (неразрушающий контроль крупногабаритных изделий в различных отраслях промышленности, потребность в новых материалах).

22 ВЫСОКУю ДИНАмИКУ РАЗВИТИЯ 1990-2010: РЫНКОВ ПРИмЕНЕНИЙ РТ НА ДАННОм ТРЕТИЙ эТАП — 1.3 эТАПЕ ОБЕСПЕЧИЛИ СЛЕДУюЩИЕ ЗРЕЛОСТЬ ФАКТОРЫ:

«ТРАДИЦИОННЫХ»

РАДИАЦИОННЫХ Глобализация и высокая динамика роста ключевых рынков приме нений, в первую очередь – самых высококонкурентных: рынка элек ТЕХНОЛОГИЙ троники, продуктов питания, медицинской техники, рынка изделий из полимеров и т.п.;

Включение отдельных систем и услуг в государственные программы страховой медицины и в программы развития национальных систем В течение третьего этапа развития РТ (1990–2010-е годы) было безопасности, важные для соответствующих социально-ориентиро осуществлено масштабирование применения неэнергетических ванных рынков;

РТ в медицине, многих видах неразрушающего контроля, индустрии новых материалов и сельском хозяйстве. Принятие международной системы мер, направленных на поддерж ку распространения РТ. В этот период под эгидой МАГАТЭ в рамках концепции устойчивого развития международное сообщество нача Рисунок 3 Таймлайн третьего этапа развития РТ ло активно продвигать радиационные технологии в развивающихся странах (сферы изотопной гидрологии, радиологии, сельского хо зяйства). При этом речь идет не только о финансировании программ Регламентация РФП Первый на основе Тс-99м (США);

и обучении специалистов, но и об оказании экспертной помощи го Авария на АЭС протон- Начало использования сударствам при разработке необходимой законодательной базы на Тримайл- антипротонный спиральных национальном уровне;

Айленд (США) коллайдер томографов Накопление исследовательской базы и достоверных успешных ре зультатов применения РТ в разных областях, формирование плате 1979 1983 1985 1986 1988 жеспособного спроса на новые, в особенности социально значимые, направления применения.

Эти факторы предопределили динамичное развитие и масштабную Успешные Авария клинические на Чернобыльской коммерциализацию готовых технологических решений предыдуще испытания АЭС (СССР) го этапа.

ПЭТ-томографии Популяризация функциональной Вывод на рынок МРТ и технических Выход на рынок установок средств цифровой установок ОФЭКТ ПЭТ/КТ визуализации 1990-е 1992 1995 1998 Первые мультиспиральные Интеграция МЛК томографы и цифровых на рынке;

3D KT мед. линейных ускорителей 2003 2005 Внедрение Внедрение Вывод на рынок ускорителей ускорителей установок ЛТВК ЛТМИ МРТ/ПЭТ;

Ускорители 4D-ЛТВК 24 АКТИВНЫЙ РОСТ ДЛЯ эНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРИмЕНЕНИЙ РТ КЛюЧЕВЫмИ ВОПРОСАмИ ДАННОГО РЫНКОВ УСИЛИЛ эТАПА ЯВЛЯюТСЯ:

КОНКУРЕНЦИю, ЧТО В СВОю ОЧЕРЕДЬ ПРИВЕЛО Масштабирование атомной энергетики на базе современных техно К ДОСТАТОЧНО БЫСТРОЙ логий проектирования, строительства и управления производствен ными процессами (в рамках «старой» архитектуры рынка);

КОНСОЛИДАЦИИ РЫНКА И ОБЕСПЕЧИЛО ВЛОжЕНИЯ Выбор модели топливного цикла, формирование под нее перспек тивных моделей реакторов, а также конструкция рынка бэкенда.

В мОДЕРНИЗАЦИю В настоящее время формируется возможность запуска второй ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ волны инвестиций в фундаментальные исследования и разработ ки, связанные с энергетическими применениями РТ и т.н. атомным РЕшЕНИЙ ренессансом (второй крупный цикл развития атомной энергети ки, который, в свою очередь, связан с новым циклом инвестиций в энергомощности и сети). Не исключено, что одним из основных направлений исследований станет радиохимия (рынок бэкенда и ЗЯТЦ), что за пятнадцать-двадцать лет может дать новое поколе ние неэнергетических РТ.

Модернизация происходила за счет внедрения оптимизирующих инноваций и автоматизации систем управления процессом, а также использования новых технологий визуализации процессов и обра ботки изображений.

Для энергетических РТ данный этап стал временем «атомной Академик Герш паузы», выход из которой наметился только к началу 2000-х годов. Ицкович Будкер, До сих пор ускорители, как правило, делались для 1969 год исследовательских целей – для изучения строения материи.

Однако в проникающей радиации таятся большие практические 2010-Е ГОДЫ: возможности. Свойство частиц преодолевать любые преграды, достигающие иногда нескольких метров толщины, используются ПЕРЕХОД К НОВОмУ, 1.4 в интроскопии или внутривидении. На способности частиц высоких ЧЕТВЕРТОмУ, эТАПУ энергий возбуждать и разрушать молекулы вещества, что приводит РАЗВИТИЯ РТ к образованию новых материалов, основана новая перспективная наука – радиационная химия. Смертоносное действие определенных доз радиации на бактерии и насекомых можно использовать для В настоящее время начинается новый этап развития радиационных дезинсекции и дезинфекции зерна, стерилизации медикаментов, технологий. Завершение третьего и начало четвертого этапа связа ны с созданием нового поколения источников излучения и оборудо- конcервирования пищевых продуктов, обеззараживания сточных вания (компактные генераторы нейтронов, компактные ускорители) вод. Радиационное излучение служит верным помощником врачам и началом коммерциализации, а также с оптимизацией существую и биологам, когда они стремятся стимулировать полезные для щего РТ-оборудования.

жизни процессы в живой клетке и приглушить вредные. Хорошо В течение нового этапа развития ожидается следующий виток мас сфокусированный луч, несущий в себе огромную концентрацию сового применения радиационных технологий – как за счет выхода на рынок новых поколений радиационно-технологических систем, тепловой энергии, можно использовать для резки и плавки металла, так и за счет встраивания в динамично развивающиеся, новые сфе бурения горных пород.

ры применения (наномедицина, разработка и производство новых конструкционных и функциональных материалов и др.).

26 Таблица 1 Основные характеристики этапов развития радиационных технологий Характеристика I этап II этап III этап IV этап «Фрагментированная» Оптимизация, компактизация, коммерциализация РТ НИОКР дизайн, инжиниринг РТ (масштабирование) (исследования Прототипирование Базовая деятельность и разработки) Конвергенция технологий Прототипирование конвергентных и их коммерциализация технологий Расширение сфер Создание Заимствование оптимизирующих применения Заимствование прорывных исследовательских инноваций из смежных сфер неэнергетических Содержание инноваций из смежных сфер инфраструктур технологического РТ (за счет базы (ИКТ) (изучение всех R&D по созданию принципиально Развития знаний I этапа) видов излучения) новых технологических платформ Создание национальных нормативно-регулятивных Создание МАГАТЭ Создание систем и методологий систем неэнергетических Создание международных и системы регулирования под новые РТ Институты систем стандартов для РТ международного применения РТ Создание национальных регулирования РТ программ и стратегий развития РТ Рынок консолидирован Рынок активно консолидируется (слияния и поглощения) Рынок фрагментирован Интенсивное поглощение малых инновационных компаний Рост за счет потребления РТ Коммерциализация Сформированы два из смежных сфер в развитых странах отдельных сегмента РТ: медицина сегментов (рентгеновские Рост за счет географического Лидеры рынка – (рентгеновские аппараты) расширения рынков (страны БРИК) Архитектура рынка высокотехнологичные компании установки, и промышленность США, ЕС, Японии.

оборонные (пром. ускорители) Появление национальных и энергетические компаний в сфере РТ на Ориентировочный объем всех применения) Потребление идет развивающихся рынках рынков РТ-оборудования – в развитых порядка 200 млрд долл.

странах Ориентировочный объем всех в 2010 году рынков РТ-оборудования — до 500 млрд долл. к 2020 году Глобализация и создание новых Глобальные тренды:

отраслей. промышленная революция (материалы, инжиниринг, Комплекс Государственные Создание законодательства проектирование), новая медицина, социально-экономических вложения под РТ, в том числе включение экологизация.

задач (реформы в мегапроекты соответствующих мед. процедур здравоохранения и пр.) (атомный, в программы страховой медицины. Экономический рост в странах Драйверы космический) Азии и Латинской Америки.

Революция в нефтехимии и исследовательские Инновации в микроэлектронике, (запрос на технологии инфраструктуры детектировании излучений, Рост конкуренции между полимеризации) обработке и представлении производителями информации (соотношение цена/качество) 28 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ 2.1 РАЗВИТИЕ Базовыми рыночными требованиями к оборудованию, которые определят дальнейшее технологическое развитие РТ, станут сни жение стоимости источников излучения и оборудования (являю щейся на данный момент критической для массового распростра нения РТ, в том числе в развивающихся странах);

создание системы софинансирования, повышающей доступность радиационного обо рудования (лизинг, системы льготного кредитования);

достижение оптимальных параметров облучения (корректность дозы, сокраще ние времени, оптимизация геометрии), «экологичности» в широком ее понимании (совершенствование защиты, снижение потенциаль но вредоносного влияния излучения). Эти требования будут актуаль ны для всех сфер применения РТ.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ РАДИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ЧЕТВЕРТОм эТАПЕ ОХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ КЛюЧЕВЫЕ НЕСКОЛЬКИмИ ПРИНЦИПИАЛЬНЫмИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗмЕНЕНИЯмИ, НОВОГО эТАПА В ТОм ЧИСЛЕ КОмБИНИРОВАНИЕм РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И ВНЕДРЕНИЕм РАДИАЦИОННЫХ ИННОВАЦИЙ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗ СмЕжНЫХ СФЕР «Лишь обеспечив качество, мы сможем добиться доверия к технологиям, к методам и подходам радиационной меди цины»

Вернер Буркарт, до 2010 года заместитель генерального директора МАГАТЭ по вопросам ядерных исследований и применений ядерных технологий 30 2.1.1 КОНВЕРГЕНЦИЯ Рисунок 3 Факторная схема развития радиационных технологий ТЕХНОЛОГИЙ Конвергентные технологии Диагностические РФП ГЛАВНОЙ Терапевтические РФП Медицинские сканеры ХАРАКТЕРИСТИКОЙ Характеристики технологий НОВОГО, ЧЕТВЕРТОГО, эТАПА Рентгеновские аппараты РАЗВИТИЯ РТ ЯВЛЯЕТСЯ (традиционные) ОДИН ИЗ БАЗОВЫХ Ускорители для обработки материалов ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕНДОВ Исследовательские ускорители ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЫ XXI ВЕКА (в том числе электронные микроскопы) — УСИЛЕНИЕ КОНВЕРГЕНЦИИ «Одиночные»

технологии (ВЗАИмОПРОНИКНОВЕНИЯ) Медицинские ускорители Сканеры для ТЕХНОЛОГИЙ, безопасности и НРК «Кобальтовые пушки»

СТИРАНИЕ ГРАНИЦ Ускорители для стерилизации мЕжДУ ОТДЕЛЬНЫмИ Высокая Низкая Рыночные характеристики стоимость стоимость ТЕХНОЛОГИЯмИ И ОБЛАСТЯмИ ЗНАНИЙ Медицина Исследования Промышленность Изотопные или Сканеры РФП электронные технологии Так как развитие радиационных технологий изначально происходи Ускорители ло, в том числе, за счет конвергенции (значительные продвижения, например, в сфере ядерной медицины стали возможны благодаря достижениям биологии, химии, физики и компьютерных техноло гий), можно ожидать, что этот тренд окажет существенное влияние Источник: Центр стратегических разработок «Северо-Запад»

и на следующем витке развития РТ.

Основной особенностью технологического развития на четвертом этапе станет широкое распространение конвергентных радиацион НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНЫмИ ЯВЛЯюТСЯ ных технологий1.

ЧЕТЫРЕ НАПРАВЛЕНИЯ:

Конвергенция с биотехнологиями (медицина). Новые средства доставки изотопов к опухоли, разработанные с использованием современных нано- и биотехнологий, позволят повысить эффектив ность радионуклидной терапии и диагностики. В частности, ведутся клинические испытания новых методов доставки источника излуче ния (рения-186) липосомами с поперечным размером 100 нм в опу холь головного мозга. Из-за малой энергии излучаемых электронов 1 Конвергенция — взаимное влияние и взаимопроникновение технологий, в ходе которых в рамках междисци рений не капсулируют, но низкая энергия частиц позволяет произ плинарной работы на стыке областей возникают принципиально новые технологии и сферы знаний.

32 пример из практики водить практически точечное облучение, так как глубина проникно вения излучения в ткани ничтожно мала. Благодаря такому подхо КОмПЕТЕНЦИИ ду опухоль можно подвергать несравненно более высоким дозам радиации — в двадцать–тридцать раз превышающим сегодняшние РОССИИ показатели, — не нанося ущерба здоровым тканям мозга. Конвер генция в данном случае является комплексной (с нано- и биохимиче скими методами синтеза относительно радиоустойчивых бионоси телей изотопа – липосом);

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ», Конвергенция с робототехникой. Высокими темпами будет расти применение промышленных роботов. Уже сейчас ключевые ДИРЕКТОР, ЧЛЕН-КОРРЕСПОНДЕНТ РАН отрасли применения РТ в промышленности одновременно явля м.В. КОВАЛЬЧУК ются и крупными рынками роботов — помимо автомобилестрое ния, это электроника (20%), химическая промышленность (10%), автомобильная промышленность и металлургия. Роботизация также считается одним из наиболее перспективных направлений развития «Сама логика развития науки привела нас от узкой специализации к междисциплинарно 3D медицинской техники, в том числе — с использованием РТ (в част- сти, затем наддисциплинарности, а теперь фактически к необходимости объединения наук.

ности, в 2010-2011 годах были заявлены к реализации проекты Но не к простому геометрическому сложению результатов, а к их синергетическому эффекту, по определению преимуществ и недостатков роботизированных взаимопроникновению.

радиохирургических систем по сравнению с традиционным обору дованием для лучевой терапии — с гантри)2;

На первом этапе это касается объединения четырех глобальных направлений сегод няшней науки и технологий НБИК: Н — это нано, новый подход к конструированию мате принтеры Конвергенция с технологиями обработки материалов. Среди риалов «под заказ» путем атомно-молекулярного конструирования, Б — это био, что по используют наиболее значимых примеров подобной конвергенции — исполь- зволит вводить в конструирование неорганических материалов биологическую часть электронно зование РТ в 3D-печати. Одной из технологий, задействованных и таким образом получать гибридные материалы, И – информационные технологии, которые лучевое в 3D-принтерах, является электронно-лучевое плавление (использу- дадут возможность в такой гибридный материал или систему «подсадить» интегральную схему плавление ется при производстве цельнометаллических деталей из металли- и в итоге получить принципиально новую интеллектуальную систему, а К — это когнитивные ческих порошков). С учетом ожидаемых темпов роста соответствую- технологии, основанные на изучении сознания, познания, мыслительного процесса, поведения щего рынка (с 1,4 миллиардов долларов в 2011 году до 3 миллиардов живых существ, и человека в первую очередь, как с нейрофизиологической и молекулярно-био долларов в 2016 году), а также с учетом роста  точности  доставки логической точек зрения, так и с помощью гуманитарных подходов.

дозы в облучаемую мишень и улучшения пространственного разре шения при диагностике, можно предполагать существенное разви тие соответствующего направления. Косвенное отношение к тренду Присоединение когнитивных технологий даст возможность, основываясь на изучении функ совмещения различных технологий в рамках единых комплексов ций мозга, механизмах сознания, поведения живых существ, разрабатывать алгоритмы, кото имеет принципиальное изменение подхода к проектированию заво- рые фактически и будут «одушевлять» создаваемые нами системы, наделяя их неким подоби дов, клиник, лабораторий (проектируются не отдельные установки, а ем мыслительных функций. Смысл создания НБИК-центра в Курчатовском институте состоял технологические циклы, использующие в качестве фактора тот или в том, чтобы сформировать инфраструктурную базу этой конвергенции наук и технологий. Ядро, иной вид излучения);

вокруг которого развивается Курчатовский НБИК-центр, – уникальная комбинация мегаустано вок мирового класса – источников синхротронного излучения и нейтронов. Курчатовский НБИК «Сшивающими» технологиями для обеспечения конверген- центр включает в себя новый нанотехнологический корпус, модернизированный и реконструи ции станут когнитивные технологии (6D-моделирование, позво- рованный источник синхротронного излучения, исследовательский нейтронный реактор ИР-8, ляющее учитывать различные составляющие конечного продукта центр обработки и хранения данных на основе суперкомпьютера. В Курчатовском НБИК-центре и их развитие во времени). сосредоточено уникальное рентгеновское оборудование, атомно-силовые и электронные ми кроскопы, различные технологические приборы для нанобиотехнологий и микроэлектроники, зоны чистых комнат и многое другое. Хочу отметить, что существенная часть этого уникального оборудования разработана и изготовлена отечественными компаниями.

Основная цель конвергенции четырех направлений — формирование новой технологической культуры, нацеленной в первую очередь на создание гибридных материалов и систем на их ос нове. Причем речь идет о принципиально новом поколении антропоморфных систем биониче ского типа, воспроизводящих в конечном итоге конструкции живой природы – биоробототехни ческие системы. Для этого в Курчатовском НБИК-центре мы создали научно-технологическую платформу с условным названием «ГИБРИД»…» 2 Например, исследование «Robotic Compared to Fixed Gantry Radiosurgery for Brain Metastases (TRICK)», спонсируемое Национальным институтом здравоохранения США (U.S. National Institutes of Health).

1 Источник: М.В. Ковальчук, Российские Нанотехнологии, январь-февраль 2011 том 6, № 1-2, «Конвергенция наук и технологий - прорыв в будущее»

34 2.1.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ КОмПЛЕКСИРОВАНИЕ Лишь обеспечив качество, мы сможем добиться доверия (СОЕДИНЕНИЕ к технологиям, к методам и подходам радиационной медицины.

РАЗЛИЧНЫХ мЕТОДОВ Жесткая и прочная система обеспечит безопасное и эффективное В РАмКАХ ЕДИНОГО использование технологии на техническом уровне и позволит ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО обслуживающему персоналу не испытывать сомнений, уверяя КОмПЛЕКСА) пациентов в том, что радиация будет использована в их благо. Новые технологии олицетворяют собой прогресс – лучшие возможности для диагностики и лечения пациентов.

ОДНОЙ ИЗ КЛюЧЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВмЕЩЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫВАЕТ НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗмОжНОСТИ ДЛЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ИЗмЕНЕНИЙ ФУНКЦИОНАЛА РЕшЕНИЙ НА БАЗЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РТ, Вернер Буркарт, РТ ЯВЛЯЕТСЯ до 2010 года ПРИмЕНЯЕмОГО КОмБИНИРОВАНИЕ заместитель В РАЗЛИЧНЫХ СФЕРАХ: генерального РАЗЛИЧНЫХ ЯДЕРНО директора ФИЗИЧЕСКИХ мЕТОДОВ МАГАТЭ по В секторе медицинской диагностики пределы точности опреде вопросам ядерных С ТРАДИЦИОННЫмИ ления топографии и метаболизма опухолей и иных патологий по от исследований дельным системам достигнуты, и последующий рост точности может ТЕХНОЛОГИЯмИ В ОДНОЙ и применений быть обеспечен только за счет дополнения и совмещения в одной ядерных СИСТЕмЕ системе нескольких методов исследования. Наибольший потенциал технологий лежит в сфере совмещения диагностических РТ (ПЭТ/КТ, ПЭТ/МРТ, ОФЭКТ/КТ). Исследования по наиболее перспективному направле нию (ПЭТ/МРТ) ведутся с середины первого десятилетия 2000-х годов – в частности, совместными проектными группами различ ных корпораций и исследовательских центров3. Более того, в Наиболее очевиден этот тренд в медицине: уже эксплуатируются году в Пекинском университете группа исследователей4 приступила системы класса Image Guided Radiotherapy и Sonolith I-Sys. Кроме к реализации проекта по разработке универсальной диагностиче того, совмещение различных ядерно-физических методов с расши- ской установки, совмещающей в себе КТ (рентген-томографию), рением функций произошло в некоторых промышленных системах ПЭТ, ОФЭКТ и ФМТ (флюоресцентную молекулярную томографию).

с использованием РТ — например, в системах напыления (зачастую Кроме того, в медицинской сфере комплексирование коснется, соответствующие установки соединяют в себе различные техноло в первую очередь, самих процессов терапии и диагностики: в част гии – ионно-плазменное и магнетронное напыление).

ности, комплексирование открывает возможности по развитию так 3 В частности, целый комплекс исследований в 2007 году был проведен группой, в которую вошли представи тели Laboratory for Preclinical Imaging and Imaging Technology (Werner Siemens Foundation), Siemens Preclinical Solutions, University of California (Department of Biomedical Engineering), Max Planck Institute for Biological Cybernetics, Eberhard Karls University (Department of Medical Biometry) и др.

4 Представители Tsinghua University, Shanghai Jiaotong University, South Medical School, Hebei University, PKU Founder Group, Hospital 301, Shanghai Ruijin Hospital, PKU Health Science Center, PKU First Hospital, PKU Third Hospital.

36 2.1.3 ВНЕДРЕНИЕ называемой тераностики (совмещения процессов диагностики и терапии, в том числе на уровне одного фармпрепарата, одновре ОПТИмИЗИРУюЩИХ менно являющегося диагностическим и терапевтическим)5;

ИННОВАЦИОННЫХ Схожие процессы объединения различных технологических РЕшЕНИЙ РТ-процессов будут характерны для применений РТ в секторе без опасности. Основная задача в этом направлении на данный момент связана с созданием эффективных организационно-технических систем обеспечения безопасности на основе комбинации мето- Интенсивное производство и внедрение инноваций в целом ряде дов, имеющих свои преимущества и ограничения, нивелирование областей (life science, новые материалы, энергетика и др.) послужит которых как раз и достигается за счет их оптимальной комбина- стимулом для трансформации многих иных высокотехнологичных ции. Одной из таких эффективных комбинаций является объедине- сфер, в т.ч. – неэнергетических радиационных технологий. Вывести ние методов нейтронного анализа и рентгеноскопии при создании РТ на новый этап развития и обеспечить их конкурентоспособность досмотровых систем для грузов, транспорта (кроме досмотра людей) могут следующие технологические драйверы:

и методов неразрушающего контроля материалов.

Применение новых материалов. Применение нанотехнологий Комбинирование РТ-процессов в области визуализации позволит в модулях для радиохимического производства, создание материа перейти к оперированию 4D-изображениями, отображающими как лов с высоким коэффициентом поглощения значительно упростит структурные, так и функциональные характеристики исследуемого производство инфраструктурного обеспечения (защитные матери объекта, в медицинской диагностике (ПЭТ/МРТ/КТ), системах без- алы и стены) для большинства установок, использующих ионизи опасности (рентген, нейтронные технологии, магнитные поля регу- рующее излучение.


Применение новых материалов лежит в основе лируемой интенсивности). появления следующих поколений радиационно-стойких и высоко чувствительных детекторов, в т.ч. – для новых типов медико-диа гностических сканеров (ПЭТ, ОФЭКТ, МРТ и др.). Одним из перспек тивных направлений является создание квантово-чувствительных детекторов на основе сложных полупроводниковых соединений, проходящих процедуру легирования ионными пучками, а также мас ОТДЕЛЬНЫм штабирование производства этих детекторов. Наиболее популярны НАПРАВЛЕНИЕм ми из бинарных и тройных соединений в настоящее время являются такие полупроводники, как GaAs, CdTe, CdZnTe7.

РАЗВИТИЯ РТ мОжЕТ СТАТЬ РАСшИРЕНИЕ Отдельным направлением, связанным с новыми матери алами в РТ, может стать использование композиционных УжЕ СУЩЕСТВУюЩЕГО материалов с высокой отражательной способностью и уникальны ФУНКЦИОНАЛА ми магнитными свойствами для производства микроускорителей на принципиально новой технологической основе. Так, в 2010- УСТАНОВОК годах было объявлено о серии разработок, связанных с миниатюри зацией ускорителей заряженных частиц8;

Применение технологий сверхпроводимости. Сверхпроводники уже применяются в ускорительной технике — при построении маг нитов (нуклотрон в ОИЯИ (Дубна), большой адронный коллайдер Например, для ускорительной техники такое расширение возможно и др.) и детекторов частиц в физике высоких энергий, в исследова путем генерирования на одной установке различных типов излуче- тельских установках термоядерного синтеза, в ядерно-магнитных ния. Так, еще в середине 1990-х годов были созданы первые об- спектрометрах при изучении структуры материалов, в медицинских разцы медицинских и промышленных установок, обеспечивающих магниторезонансных томографах. Сверхпроводники могут стать мягкий рентген (на 6  МэВ), жесткий рентген (10-20 МэВ) и целый технологической базой для усовершенствования криогенной спектр пучков электронов (до десяти спецификаций в диапазоне от технологии широкого применения в больших исследовательских 6 до 20 МэВ)6. и медицинских ускорителях, а также для повышения эффективности 7 Два последних следует отнести скорее к перспективным материалам из-за высокой стоимости и отсутствия массовой технологии их производства.

5 Следует иметь в виду, что потенциал по улучшению качества медицинских услуг, связанных с радиологией, 8 В частности, разработки Cornell University проводятся в тесном сотрудничестве с SonicMEMS Laboratory – также лежит в сфере сочетания различных медицинских методик (т.н. сочетанная терапия – например, сначала подразделением университета, занимающимся проблематикой микроэлектромеханических систем (в том числе проводится нейтронная терапия для снятия радиорезистентности опухоли, затем – традиционная гамма-тера материалами и микроисточниками питания).

пия). При этом подобные методы и методики не имеют прямого отношения к характеристикам РТ-оборудования.

6 Источник: American Association of Physicists in Medicine 38 БАЗОВЫЕ КОмПЕТЕНЦИИ и уменьшения размеров ускорительных систем для терапии злока чественных новообразований и производства радиоизотопов. Боль ДЛЯ СОЗДАНИЯ шие надежды возлагаются на использование сверхпроводящих мИКРОУСКОРИТЕЛЕЙ магнитных систем при создании синхротронов: сверхпроводимость позволяет уменьшить радиус кольца и существенно сократить ФАКТИЧЕСКИ потребляемую мощность (с использованием этого принципа разра ЗАИмСТВОВАНЫ ботан, в частности, американский проект SSC на энергию по 20 ГэВ в каждом пучке);

ИЗ «НОВОГО Применение новых энергетических технологий. Развитие раз мАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ», личных типов автономных источников питания (РИТЭГи, топливные СВЯЗАННОГО, изотопные ячейки и другие) и накопителей энергии может стать ос новой для целого ряда принципиальных изменений в РТ, обеспечив В ПЕРВУю ОЧЕРЕДЬ, мобильность оборудования (мобильные ПЭТ- и ОФЭКТ-установки, С ПРОИЗВОДСТВОм ускорители, рентгеновские установки разных типов, досмотровые мобильные системы и пр.), а также возможность сделать его более мИКРОэЛЕКТРОНИКИ компактным.

(КОмПОЗИЦИОННЫЕ мАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ ОТРАжАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТЬю 2.1.4 КОмПАКТИЗАЦИЯ:

ДЛЯ ФОРмИРОВАНИЯ ОТ БОЛЬшОГО мИКРО- И НАНОТРУБОК) К мАЛОмУ Внедрение революционизирующих инноваций из смежных сфер, оптимизация технологий инжиниринга и производства, необхо димость сохранения конкурентоспособности продукции (по цене Среди возможных сфер применения подобных ускорителей и функциональности) делают возможным создание РТ-оборудования — медицина (скальпель на основе пучка протонов, сверхточная любых масштабов — от сверхкрупных технологических комплексов лучевая терапия), косметология, все виды стерилизации, фундамен (досмотровые комплексы для грузовых контейнеров) до сверхком- тальные исследования (возможность использования высоких энер пактных РТ-установок, в первую очередь — диагностического обору- гий при меньших размерах ускорителей, портативные электронные дования (медицинская и промышленная диагностика) и ускорителей. микроскопы) и прочие.

Компактизация уже коснулась наиболее распространенного (и ком- Компактизация (параллельно со специализацией — переходом мерциализованного первым) диагностического РТ-оборудования от сканирования всего тела к установкам для обследования грудной — рентгеновских аппаратов. Мобильные рентгеновские установ- клетки, шейного отдела и пр.) является важным трендом для всех ки производятся с конца 1960-х годов. В настоящее время рас- видов томографических систем (ПЭТ, ОФЭКТ и прочих)10 в медицине.

пространены сверхкомпактные решения, широко применяемые в стоматологии, ветеринарии, «полевой» медицине (оборонные и спасательные ведомства), промышленной диагностике на основе методов неразрушающего контроля (трубопроводы).

В середине первого десятилетия 2000-х годов был начат ряд ис следований и разработок, связанных с созданием компактных и сверхкомпактных (микро) ускорителей.

9 Так, 25 октября 2011 года компания Siemens объявила о начале сотрудничества с Национальным сове том по научным и высокотехнологичным инфраструктурам Великобритании (Science and Technology Facilities Council);

одной из целей сотрудничества является разработка компактного, модульного, дешевого ускорителя – электростатического ускорителя на непрерывном токе (Direct Current Electrostatic Accelerator). 10 Источник: Elaine H. Wacholtz, «The History and Development of PET» (Enterprises for Continuing Education Inc.).

40 2.1.5 РАЗВИТИЕ — в области новых материалов, нанотехнологий, биотехнологий, медицины и систем обеспечения жизни12. В связи с этим, отдельным ТЕХНОЛОГИЙ важным направлением является моделирование процессов13 диа ОБРАБОТКИ гностики по массиву входящих данных, полученных от традицион ных несложных систем диагностики (данные химического анализа, И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ультразвук и так далее);

ДАННЫХ Наконец, одним из наиболее очевидных вкладов ИКТ в развитие ра диационных технологий станет создание эффективных пользова тельских интерфейсов, запрограммированных режимов работы Развитие всей современной диагностической медицинской техни- в зависимости от задач управления радиационными источниками ки и современных систем обеспечения безопасности было тесно (уход от «ручного управления» установками). Речь идет о превраще связано с появлением и быстрым развитием компьютерных техно- нии их в устройства, эксплуатация которых не требует уникальных логий. На четвертом этапе развития РТ внедрение новых форматов компетенций (на сегодняшний день сложность РТ и соответствую и систем обработки данных откроют целый ряд направлений разви- щего оборудования такова, что среднее время подготовки мини тия: мально компетентных специалистов, способных оперировать техно логией/оборудованием, – четыре-пять лет – и это после окончания Дальнейшее совершенствование технологий обработки изобра- специализированного вуза). Переход к упрощению эксплуатации жений (от конструирования 3D-изображений в реальном времени оборудования является принципиальным с точки зрения расшире до систем хранения данных11) сделает возможным развитие новых ния рынка радиационных технологий.

направлений применения РТ. Кроме того, это даст толчок к широко му распространению нового поколения оборудования: image-guided radiation therapy (установок радиационной терапии с визуальным контролем в режиме реального времени), более точных и надежных досмотровых комплексов, приборов неразрушающего контроля для 2.1.6 НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ зданий, сооружений и конструкций особо важных объектов (напри мер, ядерных реакторов);

ПРОЕКТИРОВАНИЯ Развитие коммуникационных технологий и создание единых И ПРОИЗВОДСТВА (региональных, национальных, международных) систем хранения и обработки медицинских данных, а также использование cloud систем и систем виртуального рабочего пространства обеспечат В ближайшие десять-пятнадцать лет ключевым рыночным требова целый набор возможностей для использования РТ-оборудования нием (в логике управления производством и обеспечения рыночной (доступ через Интернет, гибкая система установки и обслужива конкурентоспособности) для поставщиков высокотехнологичных ния радиационного оборудования, возможность удаленной работы комплексов радиационного оборудования может стать постановка с данными, возможность вывода данных на устройства конечно систем управления жизненным циклом и 6D-проектирования как го потребителя, интеграции продуктов и услуг между основными наиболее эффективных технологий оптимизации производственно платформами). Такие решения уже сегодня активно внедряются го процесса:


на источниках синхротронного излучения, обладающих разветвлен ной базой пользователей в разных уголках планеты;

Концепция управления жизненным циклом уже является ос новой оптимизации инжиниринга современных сверхсложных (до Новые системы анализа и хранения данных откроют возможность 10 млн деталей), рассредоточенных географически (до 1000 кон виртуального (цифрового) конструирования процессов, свя тракторов), межотраслевых (включая требования по гибкости про занных с РТ (управление пучком, картирование реальных доз об изводств) промышленных объектов/продуктов. В настоящее время лучения), а также процессов, происходящих в органике и неорга концепция управления жизненным циклом внедряется при проекти нике под воздействием ионизирующих излучений (управляемое ровании, строительстве и эксплуатации наиболее высокотехноло изменение в соответствии с требуемыми на выходе свойствами гичных и сложных объектов с длительным сроком службы (к приме или эффектами). Симуляционные математические модели, опи ру, АЭС);

сывающие взаимодействие ионизирующих излучений с веще ством мишени и последующие эффекты, будут встроены в базовые ПО-инструменты для сложного инжиниринга, в первую очередь 12 В частности, с середины первого десятилетия 2000-х годов в процессе разработки находятся интегриро ванные базы медицинских данных и системы класса Minerva (multimodal cancer treatment systems), позволя ющие осуществлять онкодиагностику и терапию полного цикла, эффективно выбирая различные параметры терапии (РТ, химиотерапия, хирургия) в зависимости от «входящих условий» – диагноза, индивидуальных данных 11 Например, в 2011 году компания Acuo Technologies вывела на рынок систему Universal Clinical Platform о течении заболевания, реакции организма на терапию и пр.

(UCP3) на базе DICOM Services Grid, предназначенную для управления диагностическими снимками и изображе ниями. Система создана в логике управления жизненным циклом изображения (от передачи визуальных данных 13 Например, процесс класса «biology in silico» (проведение биологического эксперимента на компьютере).

и их анализа до архивирования и хранения on-line).

42 эФФЕКТЫ Современное проектирование и быстрое прототипирование.

Концепция 6D-проектирования меняет традиционную схему соз НОВОГО эТАПА 2. дания продукта, предъявляет новые требования к кадрам и требует системных инноваций в управлении. 6D-проектирование подраз РАЗВИТИЯ РТ умевает, что к уже ставшей традиционной технологии проектиро вания трех физических измерений (3D) добавляется планирование еще трех элементов: время (календарное планирование создания продукта), оборудование (конфигурация, комплектация и поставка 2.1.1 СНИжЕНИЕ материалов и агрегатов), ресурсы (трудовые, финансовые и иные).

СТОИмОСТИ Технология быстрого прототипирования, в свою очередь, позволяет оперативно создавать опытные образцы или работающие модели ОБОРУДОВАНИЯ систем для демонстрации заказчику или проверки возможности реализации, что существенно ускоряет процесс внедрения резуль татов исследований и разработок в промышленное производство.

Наиболее важным с рыночной точки зрения результатом развития Отдельным фактором, делающим востребованными 6D-проектиро радиационных технологий на четвертом этапе станет существен вание и оптимизацию производственных процессов в РТ, является ное снижение стоимости оборудования — за счет компактизации поступательный рост кооперации в области исследований и раз (с точки зрения экономии дорогого пространства), инноваций работок, а также дальнейшее развитие концепции открытых инно из смежных сфер, оптимизации производственных процессов и про ваций (open innovation). На дорыночном этапе кооперирующиеся чего.

компании решают научные проблемы и, в нашем случае, оценивают перспективность использования радиационных процессов, полу чают принципиальные технические решения, создают прототипы СРЕДИ ИСТОЧНИКОВ СНИжЕНИЯ конечных продуктов (источников, установок). При этом основная конкуренция после создания прототипов разворачивается в стадии СТОИмОСТИ РТ-ОБОРУДОВАНИЯ мОжНО организации максимально эффективного и дешевого производства ВЫДЕЛИТЬ СЛЕДУюЩИЕ:

соответствующего продукта, иными словами — Первым по значимости станет его компактизация при сохранении всех или почти всех функциональных характеристик прототипа. На глядный пример потенциала снижения стоимости – рентгеновские аппараты (стационарный рентгеновский аппарат стоит до 150 тыс.

КОНКУРЕНЦИЯ СмЕЩАЕТСЯ долл., портативный (немного уступающий по характеристикам) – в В ОБЛАСТЬ ИНжИНИРИНГА среднем от 500 до 1000 долл.);

ПРОИЗВОДСТВА, В ТОм Еще один источник удешевления РТ — комплексирование обо рудования. Стоимость комплексных систем (например, ПЭТ/КТ) ЧИСЛЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ сравнима с суммарной стоимостью отдельных систем (стоимость РАДИАЦИОННЫХ ПЭТ/КТ – до 4 миллионов долларов, стоимость ПЭТ-сканера – до 3 миллионов долларов, стоимость КТ – до 160 тыс. долл.), а стои ТЕХНОЛОГИЙ мость одной процедуры на ПЭТ/КТ существенно меньше суммар ной стоимости процедур на ПЭТ и КТ (ПЭТ/КТ – до 10,5 тыс. долл., ПЭТ – до 10 тыс. долл., КТ – до 6 тыс. долл.) ;

Важным ресурсом снижения стоимости РТ будет внедрение «уде шевляющих инноваций», в том числе заимствованных из иных С учетом формирующихся в настоящее время исследовательских сфер. Наглядный пример «удешевляющих инноваций» – разработка консорциумов компаний-носителей компетенций в области РТ (на компанией Teijin Chemicals Limited принципиально нового недорого пример, консорциум Siemens-Varian по лучевой терапии и диагно го пластикового сцинтиллятора SCINTIREX. Использование данно стике), а также ряда кластерных проектов в этой сфере (Atlanpole го сцинтиллятора, по мнению разработчиков, позволит обеспечить Biotherapies, кластеры в материаловедении и др.), на новом этапе раз более чем десятикратное сокращение себестоимости пластиковых вития РТ можно ожидать широкого применения 6D-проектирования сцинтилляторов (по сравнению с аналогами) и тем самым будет спо и систем управления жизненным циклом.

собствовать снижению общей стоимости дозиметров и блоков реги страции в медицинской диагностике, досмотровых комплексах и пр.;

44 Кроме того, дополнительное снижение стоимости РТ-оборудования может быть связано со снижением стоимости «сопутствующих»

технологий, в частности — цифровых технологий для визуализации Современные ускорительные технологии сделали еще один (рентгеновский аппарат с цифровой системой визуализации сто шаг вперед и открыли дополнительные возможности для их ит порядка 120 тыс. долл., в то время как аппарат, использующий традиционные пленочные технологии класса Polaroid, — от 15 до 25 использования. Если в течение предыдущих десятилетий введены тыс. долл.). Отдельным процессом, способным снизить стоимость в оборот пучки частиц для терапии рака и сверхпроводящие РТ-оборудования, является тренд на удешевление микроэлектро магниты для томографии, то надежды на завтра связаны ники. Однако следует отметить, что порой промышленное техноло гическое «сопутствующее» оборудование (системы развертки пуч- со сверхпроводящими линейными ускорителями. Они дают ков, конвейерные системы, различного рода системы мониторинга экономичный способ получения больших токов, энергий и радиационных процессов) имеет стоимость, сопоставимую со стои мостью источника излучения, поэтому удешевление технологий его мощностей. Перспективы отдачи этих технологий обществу производства – важная составляющая снижения стоимости радиа представляются широчайшими - от производства медицинских ционно-технологической установки в целом.

изотопов и переработки радиоактивных отходов атомных электростанций до создания новой отрасли производства СНИжЕНИЕ СТОИмОСТИ чистой энергии на глубоко подкритических ториевых реакторах, РТ-ОБОРУДОВАНИЯ ОКАжЕТ управляемых протонными пучками.

СУЩЕСТВЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЯД РЫНКОВ И СЕКТОРОВ, СВЯЗАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕм ИОНИЗИРУюЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ:

ние ускорителей в сфере обеспечения экологической безопасности Медицина. Во-первых, произойдет географическое расширение (комплекс R&D, связанных с этими направлениями, уже завершен;

рынков, что сделает РТ-оборудование доступным для развивающих- Владимир существуют отдельные проекты, использующие РТ)15;

высокая стои ся стран (в т.ч. для стран с полностью государственной медициной). Дмитриевич мость соответствующих РТ-установок, по сути дела, является един Во-вторых, снижение стоимости и компактизация некоторых типов Шильцев, ственным препятствием для массового их использования в пере ускорительной техники (например, ускорителей протонов) позволит Директор Центра работке твердых бытовых отходов и медицинских отходов, очистке сделать более доступными соответствующее оборудование и услу- ускорительной топочных газов, обработке воды (как питьевой, так и сточных вод);

ги, что, в свою очередь, приведет к росту спроса на них;

физики Промышленная модификация резин и полимеров. По данным (Accelerator Обработка пищевых продуктов. В условиях постоянного роста японских компаний, удешевление на 1% процесса радиационной об- Physics Center, потоков экспорта пищевых продуктов (смещение центров потребле- работки радиальных автомобильных шин с целью упрочнения и по- Fermilab) Чикаго, ния в страны Азии, в первую очередь – в Китай) и совершенствова- вышения пробега (рынок Японии — 2,5 миллиардов долларов, рынок США ния стандартов качества на международном уровне, удешевление США — более 5 миллиардов долларов) даст экономию свыше ускорительной техники, предназначенной для пастеризации/дезин- миллионов долларов в год.

секции/дезинфекции, сделает использование РТ-обработки обяза тельным компонентом инфраструктур «пищевых хабов» (крупных Перспективы снижения стоимости в сферах безопасности и иных перевалочных пунктов, в сфере ответственности которых находится видов промышленных применений РТ не столь значительны, как в в т.ч. контроль качества продукции, — агрохолдингов, портовых мощ- перечисленных выше четырех секторах.

ностей по перевозке зерна и др.)14;

Важным фактором обеспечения доступности радиационного обору дования и технологий является проектирование системы льготного Экологическая безопасность. Снижение стоимости и компакти- финансирования их разработки и приобретения (льготные банков зация ускорительной техники делают возможным широкое примене- ские кредиты, отмена таможенных пошлин, лизинговые схемы по купки и ряд других мер финансово-правового характера, в том числе 14 Уже сейчас радиационная обработка пищевых продуктов является конкурентоспособной по стоимости в сравнении с иными способами дезинфекции и продления сроков хранения (холодная дезинфекция, пастериза ция и пр.): по данным Американского общества по ядерным технологиям (American Nuclear Society), стоимость 15 В Японии функционируют пилотные мощности завода по переработке твердых бытовых отходов с исполь низкодозной обработки 1 т. продуктов составляет от 10 до 15 долл., высокодозной – от 100 до 250 долл. В частно- зованием РТ-установки для обработки шин;

действуют радиационные установки по очистке топочных газов (наи сти, при обработке фруктов стоимость облучения на 10-20% меньше, чем стоимость альтернативной технологии более известный пример – установка на угольной электростанции Поможаны в Польше);

в мире реализуется ряд – высокотемпературной обработки паром. исследований и разработок, связанных с радиационной очисткой воды (как питьевой, так и сточных вод).

46 Совершенствование технологий регистрации  излучения (детек на базе новых международных соглашений), что позволит стабили зировать устоявшиеся рынки, открыть рынки развивающихся стран торы, сенсоры). Задача обеспечения более высокого разрешения и глобализировать рынки радиационной техники и технологий. будет решена путем целого ряда усовершенствований, в том числе:

— Использование меньших по размеру детекторов, — Использование новых материалов детекторов (в т.ч. соедине ний, содержащих редкоземельные элементы (LSO, GSO, LYSO), 2.2.2 ПОВЫшЕНИЕ «многослойных» кристаллов, соединений CdTe/CdZnTe и др.) в качестве альтернативы традиционным кристаллам на герма КОРРЕКТНОСТИ нате висмута (BGO);

И ТОЧНОСТИ — Совмещение различных технологий в рамках одной системы ВСЕХ ТИПОВ ОПЕРАЦИЙ (см. п. 2.1.2.). Рост прецизионности облучения будет обеспечен за счет дополнения и совмещения в одной системе различных НА РТ-ОБОРУДОВАНИИ методов исследования;

Совершенствование «технологий наведения», или «мишенных технологий» (targeting), связанное, в первую очередь, с развитием Повышение корректности обслуживания и точности обеспече биотехнологий и новых средств доставки (биоРФП, использующие ния необходимых параметров облучения при эксплуатации РТ в качестве средства доставки моноклональные антитела, пептиды оборудования, использующего ионизирующее излучение, будет осу и др.). Разработка и применение биохимических маркеров вместе ществляться в следующих направлениях:

с активным использованием точной ПЭТ-диагностики и визуализа Совершенствование технологий управления пучком для получения ции, по сути, является технологической основой этой концепции.

нужных его характеристик. Основным эффектом повышения точно сти прицеливания и конфигурации пучка станет возможность ра дикального снижения доз облучения и, одновременно, обеспечение ПОВЫшЕНИЕ КОРРЕКТНОСТИ работы с органическими и неорганическими материалами на кле ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РТ-ОБОРУДОВАНИЯ точном и, в перспективе, молекулярном уровнях. Микро- и нанопучки получат распространение, прежде всего, в областях и отраслях, уже ПРИВЕДЕТ К ИЗмЕНЕНИю применяющих пучковые технологии, в том числе — в производстве ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕЛОГО новых материалов, медицине и других;

РЯДА ПРОДУКТОВ И УСЛУГ ДЛЯ, СОЗДАНИЯ КОТОРЫХ НЕОБХОДИмО Рисунок 4 Характеристики традиционного пучка и микропучка частиц ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНИЗИРУюЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ:

В микроэлектронике и производстве новых материалов. Соз дание технологий, позволяющих обеспечить генерацию микро- и на нопучков частиц (в идеале – пучков шириной ровно в одну частицу), приведет к появлению и массовости нового поколения оборудования для модификации материалов. Так, точечное применение подобных «Широкий пучок» (поток частиц): Микропучок: ровно одна установок уже имеет место: производства, связанные с наноматери в среднем одна частица частица на клетку алами, используют FIB-установки (fine-focus ion beam), позволяющие на клетку генерировать пучок шириной в несколько десятков нанометров. Ос новное направление использования подобного оборудования – ион ная литография при производстве микроэлектроники;

прототипи Источник: SPIRIT (европейская инициатива «Support of Public and Industrial Research Using Ion Beam Technology») рование и непосредственное конструирование наноструктур путем имплантации ионов в различные материалы;

извлечение нанораз мерных образцов материалов (для анализа);

В медицине (терапия). Основное направление, связанное с по вышенной точностью доставки пучка частиц к месту воздействия, – лучевая терапия с модуляцией интенсивности излучения (IMRT 48 Расширение зон применения в медицине. Новое поколение обо — Intensity modulated radiotherapy), позволяющая варьировать ин тенсивность пучка, размер и форму создаваемого дозового поля рудования для дистанционной лучевой терапии позволяет вести в зависимости от локализации, размера и формы опухоли;

данная операции не только на ранее не операбельных опухолях головного технология позволяет, с одной стороны, обеспечить равномерное мозга, но и на остальных органах тела.

облучение опухоли (или другой мишени), которая может иметь непра вильную форму, а с другой – минимизировать дозовые нагрузки на окружающие опухоль ткани («селективность облучения»), при этом снижается риск последующих осложнений, в т.ч. онкологических. Яр кими примерами систем, использующих комплекс современных до ПОСТОЯННО РАСТЕТ стижений, являются TomoTherapy Hi-Art и Cyberknife CyberKnife VSI (компании Accuray) или RapidArc (компании Varian medical systems);

ЧАСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РТ В АЛЛЕРГОЛОГИИ, В сфере медицинской диагностики развитие новых поколений техники ориентировано на повышение чувствительности систем ре ТРАВмАТОЛОГИИ, гистрации и улучшение качества распознавания образов, обеспе ПЕДИАТРИИ, ИммУНОЛОГИИ, чивающих более высокое пространственное разрешение изобра жения, снижение дозы облучения пациентов и повышение скорости ГЕПАТОЛОГИИ, проведения процедур. Так, комплексные системы ПЭТ/КТ, ПЭТ/МРТ, ПУЛЬмОНОЛОГИИ, ОФЭКТ/КТ позволяют одновременно визуализировать и анализи ровать функциональные и морфологические характеристики тканей ГЕмАТОЛОГИИ, и органов. Кроме того, существенное повышение чувствительности эНДОКРИНОЛОГИИ детекторов позволит в полной мере реализовать потенциал диагно стики на клеточном/молекулярном уровне (molecular imaging);

В сфере безопасности улучшение разрешающей способности РТ-установок для обнаружения опасных веществ (безоболочечная взрывчатка, наркотические вещества, радиоактивные материалы) по пространству и по атомному номеру химических элементов, со- В последние годы ведется ряд научно-исследовательских программ ставляющих исследуемый объект, является крайне важным для и клинических испытаний по применению радионуклидной терапии дальнейшего развития систем обеспечения безопасности как тако- для лечения ревматоидного артрита и других заболеваний суставов, вых. болезней сердца, рака легких, толстой кишки, простаты, поджелу дочной железы, менингита и СПИДа.

Расширение применения РТ в фармацевтике и биохимии. Merck, Glaxo, Pfizer, Bristol-Myers-Squibb, Genentech, Johnson&Jonson и це лый ряд других фармкомпаний запустили собственные или совмест 2.2.3 «КАЧЕСТВЕННОЕ» ные программы использования радиологической визуализации в процессе исследований и разработок лекарственных средств. Точ РАЗВИТИЕ РЫНКОВ ная визуализация применяется как в фармакокинетике — пу РАДИАЦИОННЫХ тем маркирования интересующих лекарственных молекул, — так и в фармакодинамике — за счет визуализации ключевых ТЕХНОЛОГИЙ процессов (например, гликолиза, пролиферации и гипоксии).

Расширение зон применения в процессах, связанных с мо дификацией поверхности материалов. Вместе с традиционным Снижение стоимости и повышение точности РТ-оборудования, вме применением ионного легирования и травления в полупроводнико сте со сложными процессами комплексирования и конвергенции, вой промышленности, ионные технологии все более активно исполь приведет к качественной трансформации рынков радиационных зуются для повышения защитных и прочностных свойств изделий, технологий, в первую очередь – рынков зрелых. В то же время из применяемых в машиностроении. Использование ионов позволяет менения, которые происходят в промышленности и в науке, создадут улучшить прочностные и трибологические свойства поверхностных новые ниши и новые рынки под радиационные технологии:

слоев, повысить их коррозионную стойкость. Применение методов C точки зрения развития зрелых рынков, на которых уже пред- компьютерного моделирования для прогнозирования свойств полу ставлены радиационные технологии, наиболее важным факто- чаемых покрытий позволит перейти к разработке технологий полу ром является расширение зон применения РТ. Основными на- чения покрытий с запрограммированными свойствами.

правлениями расширения этих зон на уже существующих рынках будут являться следующие:



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.