Место, где превращают кремний в фосфор, лечат котов и учат студентов. Путешествие на ядерный ректор Томского политехнического университета – это настоящее приключение, которое наверняка запомнится надолго.

Реактор находится за городом, дорога к нему живописная – за окном мелькают корабельные сосны и желтеющие березы. Да и сама территория вокруг реактора больше похожа на  лесопарк: с дерева на дерево прыгают белки, в лесу растут грибы. И те, и другие вроде бы нормальных размеров – не мутанты.

Голубой свет от реактора возникает за счёт излучения Вавилова-Черенкова. Фото: Андрей Афанасьев.

Вход на реактор напоминает зону строгого режима – кордон с автоматчиками по периметру, вертушка, где военный бдительно проверяет ваш документ. Фотографировать реактор снаружи строго запрещено – нас об этом строго проинструктировали заранее. Если нарушим – нас тут же удалят с объекта и внутрь не пустят. Странно – ведь он хорошо виден с дороги, а вывеска крупными буквами «Томский ядерный реактор» просто бросается в глаза. Но запрет есть запрет.

Поскольку мы проходили строго по списку, каждому было велено запомнить свой порядковый номер и ни в коем случае не забывать его. Кто-то тут же предложил писать его химическими чернилами на рукаве. Однако нам тут же напомнили, что шуткам тут не место.

«Будем обрезать»

«24!» – в этот день я выкрикивала свой порядковый номер столько раз, что забыть его, наверное, уже не смогу. Но вот, наконец, все кордоны пройдены (их было три), все проверки выдержаны – можно и на ректор.

Пультовая исследовательского реактора и главный диспетчер. Фото: Андрей Афанасьев.   

Как бы не так! Нас обряжают в одноразовые халаты, бахилы и шапочки, которые надо надеть так, чтобы не торчал ни один волос. «Если, конечно, вам нужны ваши волосы», – говорит Александр Овсенёв, сопровождающий нас начальник смены.

А потом нас ведут на инструктаж, который продолжается довольно долго, минут 20. Дежурный дозиметрист в униформе подробно объясняет, как важно следовать шаг в шаг за провожатым. Отклоняться нельзя – легко можно заблудиться, а обратную дорогу уже не найти. Сразу вспоминаю ту Зону, что у Стругацких, где без Сталкера ходить было опасно.

«Шаг влево-шаг вправо – нет, не расстрел, но «дозу» схватить можно», – поясняет Александр Овсенёв, наш «сталкер» в белом халате. Это сразу определят здешние чувствительные приборы. «И что тогда с нами сделают?» – робко интересуюсь у дозиметриста. «Смотря где будет обнаружена передозировка, – с самым серьёзным видом отвечает он. – Если на обуви – уйдете отсюда босиком. Если на джинсах – будем обрезать».

Слегка запуганные, но всё еще нацеленные увидеть самое интересное, следуем за нашим провожатым. И вот пультовая – «мозг» установки. Отсюда можно управлять любыми механизмами и даже докричаться до любого сотрудника.

«Не завалим»

«В чём уникальность нашей установки? – задумчиво спрашивает Иван Лебедев, руководитель группы технической документации реактора ТПУ, и сам же отвечает: – У нас единственная действующая установка в структуре Минобрнауки. Всего их три – у нас, в МИФИ и в Севастопольском госуниверситете. Но по разным причинам эти две не работают. У нас единственный реактор на территории России, где можно обучать иностранных студентов за счёт того, что мы не находимся в структуре Росатома. Перечислять страны, представители которых проходят здесь практику, можно очень долго – проще назвать тех, которые здесь не был. Каждый год у нас проходит обучение около 400 студентов как наших, так и зарубежных».

Тут же мы в этом убедились. Четверо студентов сидят в комнате по соседству и что-то напряженно зубрят. Этих ребят недавно приняли на работу, и теперь они проходят стажировку, готовятся к сдаче внутренних экзаменов на должность. «Трудно? Завалите?» – спрашиваю у них. – «Трудно! Но не завалим», – отвечают ребята.

Студенты готовятся к зачету. Фото: Андрей Афанасьев.

Но уникальность установки не только в том, что она учебная. Это единственная в России и одна из четырёх в мире действующая установка по легированию кремния. Здесь выпускают ряд уникальных радиофармпрепаратов, разработанных нашими учёными.

«Кроме того, установка очень «чистая» с точки зрения радиационной загрязнённости, – объясняет Иван Лебедев. – Существуют вещества, которые в процессе работы можно разлить или рассыпать. Мы на нашем реакторе не берёмся за работы, которые могут быть потенциально опасны в этом отношении, даже отказываемся от выгодных предложений – например, облучить йод».

Синее сердце

Йод тоже может быть использован в качестве основы для радиофармпрепаратов, но от экспериментов с ним здесь отказываются, потому что это может привести к радиационному загрязнению. «Мы позиционируем наш реактор, в  первую очередь, как учебный, а уже во вторую – как научный, поэтому на первом месте для нас стоит безопасность наших студентов, – говорит наш гид. – Технология производства технеция и лютеция, которые мы здесь синтезируем, к таким последствиям не приводит».  

Выходит, зря нас пугали радиационным загрязнением? «Не зря, – строго говорит Александр Овсенёв. – Сейчас пойдёте на площадку – это самое «грязное» место, ни в коем случае не разбредайтесь, стойте и слушайте, что вам там расскажут».

Разбредаться особо и не хочется – ничего красивого вокруг нет: какие-то металлические конструкции, балки, как на стройке. Зато в центре площадки – настоящая красота. Подобно северному сиянию, ярким светом горит в воде загадочное излучение – аквамариновое «сердце» реактора.

Это и есть излучение Вавилова-Черенкова. «Когда я пытаюсь объяснить, что это такое, привожу аналогию с истребителем, – говорит Иван Лебедев. – Когда он проходит звуковой барьер, возникает звуковая волна. Здесь суть та же самая – только излучение не звуковое, а электромагнитное. Голубое свечение, которое мы наблюдаем – это остатки электромагнитной ударной волны заряженных частиц».

Иван Лебедев, руководитель группы технической документации реактора ТПУ. Фото: Андрей Афанасьев.

Весь фокус в том, что они летят со скоростью выше, чем фазовая скорость света в воде. Мы все знаем, что выше скорости света не бывает – это физически невозможно. Но при этом в воде свет движется примерно на 30 процентов медленнее, чем в вакууме. А заряженные частицы, которые здесь рождаются, движутся быстрее, тормозят, и в этот момент возникает свечение.

Полезное излучение

Это не только красивое, но и очень полезное для учёных излучение – на его основе был сделан целый ряд детекторов ядерных реакций. Для реактора свечение – побочный продукт, который возникает благодаря цепной реакции деления урана. Ядро урана при своём распаде испускает в среднем 2,5 нейтрона. Попадая в другие ядра урана, они начинают делить уже их, образуются новые нейтроны и так далее – это и есть цепная реакция.

«В ядерном реакторе мы контролируем количество нейтронов так, чтобы их постоянно было одно и то же количество, поэтому реакция идёт с одной и той же скоростью, – поясняет Иван Лебедев. – В ядерной бомбе стараются делать наоборот – чтобы число этих частиц увеличивалось моментально, поэтому ядерный взрыв отличается от стабильной ядерной реакции именно количеством нейтронов, которые мы в свободном состоянии собираем».

В задней части реактора мы видим ячейки – там находится топливо. Это активная зона ядерного реактора. Колонна, находящаяся ближе к нам, – это графитовый блок, предназначенный для того чтобы замедлять нейтроны. Графит эффективно замедляет нейтроны, они приобретают нужную нам энергию и взаимодействуют с атомами кремния, превращая его в фосфор. Это называется трансмутацией. Длинная колонна предназначена для вертикального легирования кремния – в результате получаются слитки диаметром до 200 мм и высотой до 50 см.

Исследовательский реактор ИРТ-Т мощностью 6 МВт - бассейного типа. Его активная зона погружена в открытый бассейн с водой, которая выполняет функцию замедлителя нейтронов, охладения и радиационной защиты. Фото: Андрей Афанасьев.

Но зачем нужно кремний превращать в фосфор? Дело в том, что чистый кремний не проводит электрический ток – это диэлектрик. Для того чтобы сделать из него какой-то прибор, в него необходимо внести примеси. Примеси можно вводить различными методами – химическими, ионной имплантацией, металлургическими и так далее. «В нашем ректоре мы можем вводить их непосредственно внутрь вещества – получается чистейший кремний, и на миллиард частиц кремния мы вводим одну частицу фосфора, – объясняет Иван Лебедев. – Но этого достаточно для того чтобы кремний стал полупроводником. Причём очень хорошим полупроводником».

Оказывается, во всех наших гаджетах стоят полупроводники значительно менее качественные. Но чтобы сделать прибор, который сможет переключать не ролики в Тик-Токе, а,  например, мегаватт электроэнергии – в атомоходе или космическом корабле – необходимо качество. Здесь умеют делать именно такие полупроводники. Надо сказать, что такой кремний в нашей стране пока больше нигде не делают. Только здесь.

Образец легированного кремния. Фото: Андрей Афанасьев.

Вылечат и людей, и котов

А ещё на этой установке лечат собак и кошек от злокачественных новообразований. «Благодаря взаимодействию нейтронов с бором, предварительно введённым в организм животного, происходит ядерная реакция с большим выделением энергии, которая уничтожает раковую клетку, – говорит Михаил Аникин, начальник службы ядерной безопасности. – От установки отходят экспериментальные каналы, в которых создаются специальные параметры нейтронного излучения, и один из таких каналов содержит специальный бокс, где и находятся хвостатые пациенты».

Пока до людей не добрались – проводят доклинические испытания на реальных животных, заболевших раком. Эта технология хорошо подходит для лечения опухолей головы и шеи, которые в принципе плохо поддаются хирургии и другим методам лучевой терапии, а для нейтрон-захватной терапии это «самое оно».  Результаты отличные – после такого лечения многие домашние любимцы полностью избавляются от недуга.

Александр Рогов, научный сотрудник лаборатории по разработке радиофармпрепаратов, показывает Технеций-99, разработанный в ТПУ. Фото: Андрей Афанасьев.

Зато в «горячей камере» получают диагностический изотоп технеций-99м, предназначенный именно для людей. ТПУ обеспечивает потребности в этом элементе клиник Сибири и Дальнего Востока. Кроме того, сегодня здесь ведутся исследования по использованию технеция-99м для создания новейших антибиотиков и препаратов для противораковой терапии и кардиологии.

«У моей мамы случился инфаркт, и после введения шунта была необходима диагностика, – рассказывает Александр Рогов, научный сотрудник лаборатории по разработке радиофармпрепаратов. – Эту диагностику проводили препаратом, который я лично делал, хотя мама об этом не знала. Она сказала, что перенесла этот препарат намного легче предыдущих – думаю, потому что он значительно чище».

«Горячая камера», где производят радиофармпрепараты. Фото: Андрей Афанасьев.

Пикник не на обочине

Однако, какой бы «чистой» ни была установка, никогда не мешает лишний раз убедиться, что ты не «схватил» дозу. Для этого здесь на каждом этаже стоят специальные приборы, внешне похожие на весы, но замеряющие уровень бета-излучения. По очереди мы должны встать на этот прибор и приложить ладони к нужному датчику. Несколько секунд – и прибор показывает наш радиоактивный фон. Затаив дыхание, встаю на «весы»…

«По нулям, следующий», – объявляет Александр Овсенёв. Отлегло. «Но особо не расслабляйтесь, – предупреждает он. – На выходе будет ещё одна камера – если вы всё-таки где-то что-то подхватили, она вас сразу вычислит». Но и эта камера спасительно молчит.

И вот, наконец, можно сбросить жаркие халаты и шапочки и вырваться на улицу. Предварительно – опять выкрикивание номеров, предъявление паспорта, демонстрация содержимого сумки для диктофона… Ну ничего – фотографам и видеооператорам куда сложнее. 

Свобода! Стоящий на обочине дороги автобус кажется таким родным, что хочется скорее в него запрыгнуть. Пофырчав на прощание, он везёт нас в Томск, где нас ждёт не пикник на обочине, но ужин в ресторане.

Материал подготовлен в рамках пресс-тура, организованного «Десятилетием науки и технологий».