Электроны против инфекций

Термин «радиация» обычно связывают с опасностью для здоровья. Однако небольшие дозы помогают просвечивать объекты в целях безопасности, делать рентгеновские и томографические снимки и даже лечить онкозаболевания. Подробнее о новых способах ее применения рассказал заведующий лабораторией Института ядерной физики СО РАН Александр Брязгин.

С помощью потока ускоренных электронов можно придавать материалу нужные свойства. При этом никакой остаточной радиации и, следовательно, вреда человеку он не приносит. Сегодня электронно-лучевые ускорители во всем мире используют для множества промышленных операций, например, для обезвреживания отходов вредных производств или обработки продуктов питания.

Одна из относительно новых сфер применения этой технологии – стерилизация и пастеризация, то есть разрушение ДНК патогенных для человека микроорганизмов. Для этого используют разогнанные в ускорителе до световых скоростей электроны с энергией от 2.5 до 10.0 МэВ и мощностью от одного до 100 кВт. В отличие от других видов стерилизации, этот метод позволяет обрабатывать изделия, не вынимая их из закрытых коробок: в сколь угодно пыльном бункере может быть достигнута стерильность упакованной продукции на уровне менее одной колонии микроорганизмов на миллион изделий. Это происходит потому, что пучок электронов ионизирует атомы цепочек ДНК и повреждает клетки микробов свободными радикалами.

История радиационной стерилизации началась в конце XIX века с открытия Вильгельмом Рентгеном гамма-излучения и его способности уничтожать бактерии. Еще через полвека, в 1948 году, результаты экспериментов по обработке 22 видов бактерий ионизирующим излучением заинтересовали производителей медицинских изделий. Первый промышленный стерилизатор с небольшим ускорителем Ван де Граафа был установлен на предприятии Johnson&Johnson в Шотландии. В те времена ускорители электронов, которые использовались для стерилизации, фактически представляли собой лабораторные установки, имели невысокую энергию электронов (менее 2 МэВ) и небольшую мощность (порядка 5-10 кВт). Промышленные ускорители появились в начале 70-х годов – за рубежом их делали компании Varian Associates, RDI и IBA, а в СССР – Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова в Ленинграде и Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера в Новосибирске.

В Европе и США пастеризация продуктов питания уже много лет производится без термической обработки, при которой разрушается большая часть витаминов, а с помощью облучения, уничтожающего бактерии и прочую опасную «живность», но оставляющего ценные вещества в полной сохранности. В России использование облучения пока разрешено только в целях стерилизации – пищевую продукцию по старинке обрабатывают нагреванием. Наибольшую популярность технология радиационного обеззараживания получила с появлением на рынке одноразовых расходных материалов – шприцов, капельниц, комплектов хирургической одежды, пробирок, систем очистки крови, имплантатов и других медицинских изделий.

Первые одноразовые шприцы и капельницы в нашей стране появились в начале 90-х. Обрабатывать их паром было нельзя – при высоких температурах пластик плавится. Поэтому, как и во многих странах, их стерилизовали этиленоксидом с последующей аэрацией – изделия несколько дней проветривают от ядовитого газа. Такая технология в Корее, Китае и некоторых других странах используется и сегодня, несмотря на ее высокую токсичность и трудоемкость. Окись этилена взрывоопасна и легко воспламеняется, а обработка газом занимает почти сутки. Кроме того, этиленоксид обладает не только дезинфицирующим, но и канцерогенным, мутагенным и наркотическим действием. Такой «богатый букет» заставил страны с высоким уровнем развития экономики производства отказаться от газовой стерилизации. Сейчас радиационную стерилизацию применяют большинство европейских и американских производств.

Институт ядерной физики лидирует в производстве электронно-лучевых ускорителей в России. Традиционно они изготавливались как источники электронов для работы на коллайдерах. Исследования не прекращались даже в тяжелые для науки времена. Одновременно с работами на Большом адронном коллайдере в Женеве ИЯФ СО РАН изготавливал электронные ускорители по заказу крупных производств. В последние годы предприятия приобретают такое оборудование «под ключ», в комплексе с защитными бункерами и конвейерной системой подачи продукции к месту облучения. Десятки ускорителей производства ИЯФа уже много лет успешно работают в России и за рубежом. А для удовлетворения потребностей мелких промышленных компаний институт изготовил собственную установку, на которой небольшие партии изделий обрабатываются массово.

Кому-то бурная хозяйственная деятельность может показаться не совсем профильной для крупного научного института, где ведутся фундаментальные исследования на мировом уровне. Но кто-то ведь должен был показать бизнесу пример успешной организации предприятия, имеющего в распоряжении только автоматически управляемый ускоритель и двух профессиональных технологов! После того, как в ИЯФе занялись стерилизацией – самой затратной и сложной частью производства – в Сибири стали появляться десятки предприятий, которым было не по карману приобретение дорогостоящего оборудования: «Здравмедтех», «Индикон», «Стоун Форд», «Эклипс», «Золотое сечение», «Медиген» и другие. Они стали выпускать медицинские одноразовые изделия и одежду, вытесняя китайскую продукцию с местного рынка. Возможно, в масштабах всей России это скромный экономический показатель, ведь большинство расходных медицинских материалов по-прежнему везут из Китая. Но практика организации центров стерилизации в Сибири уже доказала их высокую рентабельность, так что с развитием сети малых производств у нас есть шанс вообще отказаться от этой части импорта.

Мария ШКОЛЬНИК

Фото автора