ЦЕРН разрабатывает сверхпроводящий магнит, способствующий удешевлению адронной терапии

В лабораториях ЦЕРНа активно работают над новым прототипом сверхпроводящего магнита, который получил нежное название «Фузилли» благодаря своей форме, напоминающей известные итальянские макароны. Этот инновационный проект может внести значительные изменения не только в фундаментальную физику, но и в медицинскую сферу, в частности, в терапию раковых заболеваний.

Изначально на эту технологию обратили внимание физики ЦЕРНа, планировавшие её применение в компактных ускорителях частиц, таких как новое накопительное кольцо для эксперимента ISOLDE. Однако «Фузилли» обладает более широким потенциалом, и теперь исследователи изучают возможность его применения в адронной терапии — перспективной методике лечения рака.

Адронная терапия — это вид лучевой терапии, использующий пучки протонов или лёгких ионов для воздействия на раковые ткани. В отличие от традиционных рентгеновских технологий, ионные пучки теряют меньше энергии на пути и концентрируют её в определённых точках. Это позволяет минимизировать ущерб здоровым тканям и безопасно использовать повышенные дозы излучения, что способствует более быстрому разрушению злокачественных образований. Более того, снижение воздействия на окружающие ткани уменьшает токсичность, что позволяет пациентам легче переносить лечение и быстрее восстанавливаться.

На протяжении последних десятилетий в мире открыто более 100 центров адронной терапии. Однако данная технология по-прежнему остаётся ограниченно доступной из-за высокой стоимости оборудования, в частности магнитов, требующих больших токов и охлаждения посредством жидкого гелия. В настоящее время адронная терапия доступна лишь в некоторых странах Европы, Азии и США, тогда как в Африке таких центров вообще нет, а в Южной Америке строится только один.

Технология «Фузилли», также известная как изогнутый наклонный косинус-тета (CCCT) тип дипольного демонстратора, может в будущем сделать это лечение более доступным. Новый электромагнит обладает значительными преимуществами: требует меньшего тока, его производство относительно недорогое, а конструкция — более компактная и упрощённая. Также предполагается, что «Фузилли» будет проще охлаждать без использования жидкого гелия, что делает его более эффективным в сравнении с другими сверхпроводящими магнитами.

В основе конструкции «Фузилли» лежит кабель, намотанный в две перекрещивающиеся катушки, отформованные наклонно в соответствии с канавками специального «формера», с внутренней катушкой, наклоненной противоположно внешней. Вместе они создают дипольное поле в центре трубки. Это новаторский подход к созданию дипольного поля, который проходит испытания на прототипе «Фузилли». Хотя сама идея возникла давно, лишь последние годы предоставили необходимые вычислительные мощности для её реализации.

Чтобы поступательный магнит работал при низком токе, команда ЦЕРНа сформировала специфический «канат», составленный из нескольких изолированных проводов, который затем наматывается на формер. Эти провода соединены таким образом, чтобы ток совершал множество оборотов вокруг катушек, создавая электромагнитное поле силой в 3 Тесла в центре при относительно низком значении тока в 300 ампер.

Концепция наклонного косинус-тета (CCT) разрабатывается в ЦЕРНе с 2014 года и уже успешно используется в проекте High-Luminosity LHC. Проект по созданию изогнутого CCT демонстратора занял около двух с половиной лет. Накрутка кабелей на формер недавно завершилась, и теперь, когда осталось провести лишь несколько заключительных этапов, проект переходит к своему завершению. Первые полномасштабные испытания магнита намечены на апрель. Эти тесты, наряду с серией предварительных оценок, предоставят возможность сравнить реальные характеристики магнита с результатами симуляций, определив дальнейшее развитие проекта.

Ожидается, что магниты типа «Фузилли» будут задействованы в новом накопительном кольце для HIE-ISOLDE в течение ближайших пяти лет, и могут быть адаптированы для других приложений, включая адронную терапию.

Источник: iXBT