«Воздействие радиации — вопрос фундаментальный»
Воплощению мечты человечества об освоении ближнего и дальнего космоса, о колонизации Луны и планет, о полетах к звездам мешает одно неприятное обстоятельство — космическое излучение. За время длительного полета в кораблях, построенных по доступным сегодня технологиям, люди неизбежно подвергнутся столь сильному воздействию космической радиации, что живыми им вряд ли удастся вернуться на Землю. Ученые ведущих стран мира сейчас работают не только над совершенствованием космических кораблей, но и над вопросом защиты человека от губительного излучения. Михаил Ковальчук, президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», где воздействие излучения на организмы изучают с середины прошлого века, рассказал «Известиям», как вывести исследования на новый уровень, разработав программу национального масштаба.
— Михаил Валентинович, российские научные организации начинают проект по изучению воздействия радиации на человека. Программа исследований приурочена к межпланетным экспедициям, намеченным на 2030-е годы. Курчатовский институт в этом плане обладает уникальными компетенциями. Будут ли здесь задействованы опыт и возможности НИЦ?
— Мы всегда занимались этими исследованиями, поскольку Курчатовский институт стоял у истоков Советского атомного проекта. У нас в институте (во всех ядерно-физических институтах, входящих сегодня в состав НИЦ «Курчатовский институт» — а это, кроме соответственно Курчатовского, ПИЯФ, ИТЭФ и ИФВЭ) исторически сложилась уникальная, мирового уровня «облучательная» база, включающая в себя различные источники излучения частиц.
Воплощению мечты человечества об освоении ближнего и дальнего космоса мешает одно неприятное обстоятельство — космическое излучение
В последние годы мы вывели на новый уровень нашу медико-биологическую исследовательскую инфраструктуру. Ее возможности были еще расширены после включения в состав НИЦ «Курчатовский институт» в 2017 году одного из крупнейших российских биологических центров — «ГосНИИгенетика». Поэтому сегодня в НИЦ есть всё необходимое для изучения влияния излучения на живой организм с точки зрения и экспериментальной базы, и колоссального опыта. Ведь мы занимаемся этим с момента запуска в институте первого в Евразии реактора Ф-1 в 1946 году.
— Эти исследования у вас проводятся в контексте предстоящих полетов на Луну и Марс?
— Они носят фундаментальный характер. Как я уже говорил, у нас в стране давно начаты масштабные исследования в данном направлении. Технологическая база Курчатовского института позволяет изучать воздействие излучения и частиц всех видов на живые организмы. Мы можем определить, как они влияют на стволовые клетки, иммунную систему, структуру белка. Также возможно изучать влияние излучений на органы и когнитивные функции человека, чем раньше у нас в стране никто не занимался. Эти исследования начаты давно, безотносительно перспектив полета на Марс. Сейчас активный всплеск в развитии ядерной медицины — в частности, хорошие перспективы у адронной терапии, когда больных лечат пучком протонов или нейтронов. В этом случае более локализовано воздействие излучения на определенный орган, идет адресное облучение, то есть в целом пациент получает меньшие дозы. Но всё равно получает, и важно понимать, влияет ли это на когнитивные функции человека, и если да, то как именно. Может быть, у него после комплекса терапии меняются когнитивные возможности и, например, нельзя водить машину или пилотировать самолет.
— А может быть, человек, наоборот, начнет в уме мгновенно считать после этого?
— Возможно. Это надо изучать. Сегодня вы можете исследовать влияние более подробно и разносторонне. В нашей лаборатории стволовых клеток мы можем изучать воздействие излучения на клетки. В иммунологической лаборатории — на иммунную систему, в белковой лаборатории — на атомарную структуру биообъектов.
Например, есть пациенты, которые прошли лучевую терапию. С помощью МРТ (магнитно-резонансной томографии), ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии) мы можем изучать их когнитивные функции после такого воздействия. Вторая сторона — это исследования на разных животных, приматах в частности.
Сейчас активный всплеск в развитии ядерной медицины — в частности, хорошие перспективы у адронной терапии, когда больных лечат пучком протонов или нейтронов
Как я уже говорил, исторически эта тематика развивалась в нашей стране практически во всех крупных ядерно-физических институтах, значительная часть которых входит в Курчатовский институт и сегодня перешла на качественно другой уровень. Наша страна обладает диверсифицированной базой источников излучения и широкими медико-биологическими методами исследований, а это основа для проведения масштабных исследований влияния облучения на живое.
— Если не ошибаюсь, в эту программу могут быть включены десятка два институтов.
— Думаю, да.
— Вы будете головным исполнителем?
— Я сейчас говорю только о сути. Организация работы — это второй вопрос. Совершенно очевидно, что нам надо исключать внутреннюю конкуренцию и работать консолидированно. Есть Объединенный институт ядерных исследований в Дубне со своей излучательной базой и развитой радиационной медициной, российский научный центр радиологии имени академика А.М. Гранова под Санкт-Петербургом, центр в Обнинске, еще целый ряд институтов. Я считаю, что мы можем получить исключительный синергетический эффект, не противопоставляя, а объединяя возможности научных организаций. Внутренняя конкуренция тут будет только тормозом.
В Курчатовском институте созданы новые биологические лаборатории, в том числе для изучения радиационного воздействия на стволовые клетки
Мы начали широко обсуждать тему детального изучения воздействия радиации, особенно малых доз облучения, на живой организм несколько лет назад. И не просто обсуждать, но и создавать в Курчатовском институте в этой связи новые биологические лаборатории, например, для изучения радиационного воздействия на стволовые клетки. Очень важно, что сегодня это стало темой общего серьезного разговора. Сейчас эта тематика обсуждается в рамках подготовки к полетам в дальний космос, но задача значительно шире. Потому что одно дело, когда у вас несколько космонавтов летят, — это, безусловно, очень важный, но частный вопрос. А ядерная медицина сегодня охватывает всё большее и большее количество пациентов, ядерно-медицинские методы широко распространяются, это уже носит важный социальный характер. Мы именно в этом ключе вопрос и ставим. Очень хорошо, что возникла тема космоса, она важная и совершенно конкретная, но закономерен вопрос: почему не идет речь о персонале атомных станций, экипажах подводных лодок, атомных надводных кораблей? О ядерной медицине я уже сказал. Вот такой многоплановый комплекс задач.
— А как обстоят дела с изучением радиационной стойкости материалов и различного оборудования, электроники?
— Проблема радиационной стойкости материалов — одна из ключевых для современных промышленности и науки. Сейчас мы движемся очень быстро в создании самых разных материалов, многие из которых подвергаются радиационной нагрузке, прежде всего, конечно, в атомной энергетике. Тепловыделяющие элементы, где содержится топливо, корпус реактора атомной станции. Все они испытывают огромную радиационную нагрузку. Под действием нейтронного облучения стенки реактора становятся хрупкими и могут возникать трещины. Фактически этим ограничивается срок использования реактора. Все АЭС, которые строились изначально, были рассчитаны на 30–40 лет работы. Тогда казалось, что до этого очень далеко, но вот они прошли. Что делать дальше?
Курчатовский институт совместно с ГК «Росатом» ведет масштабные исследования облученных материалов, и корпусов АЭС прежде всего. Существуют так называемые образцы-свидетели на каждой станции: корпус реактора ведь накапливает суммарную радиационную нагрузку за 40 лет. В Курчатовском комплексе «горячих камер» мы исследуем образцы корпусной стали, из которой изготовлен корпус АЭС. Подвергаем их облучению, имитируя условия в реакторе и сегодня видим, что будет с этой сталью через 20, 30, 40 лет. Мы знаем, таким образом, дозу нейтронного облучения, видим, когда возникают дефекты и понимаем, на каком этапе возникают опасные для дальнейшей эксплуатации повреждения.
Мы приобрели большой опыт такого рода работ и выяснили, что в ряде ситуаций материал корпуса реактора начинает растрескиваться, терять свойства под действием облучения. Тогда ученые нашей московской площадки и ЦНИИ КМ «Прометей» в Санкт-Петербурге, который тоже сейчас входит в состав НИЦ «Курчатовский институт», совместно со специалистами «Росатома» создали метод и установку для восстановительного термического отжига этих корпусов. Это, по сути, — огромная печь, куда мы помещали корпус реактора и по определенному режиму проводили отжиг, который восстанавливал на наноуровне свойства материала корпуса до первоначальных. Таким образом мы продлили многим атомным блокам срок службы на десятилетия, сэкономив миллиарды. Этого никто в мире никогда не делал.
Сегодня новые станции — АЭС-206, ВВЭР-ТОИ — делаются уже из новых материалов, срок службы которых — до 80–100 лет
На базе этих исследований мы вместе с институтами «Росатома» создали новые сплавы, имеющие повышенную радиационную стойкость. Сегодня новые станции — АЭС-206, ВВЭР-ТОИ — делаются уже из новых материалов, срок службы которых — до 80–100 лет. Вот вам важнейшее практическое применение фундаментальных исследований влияния излучения, что, кстати, сыграло в большой плюс и для конкурентных возможностей «Росатома».
— Воздействие радиации на живой организм в Курчатовском институте изучалось уже десятилетия назад…
— Конечно. После испытания первой советской атомной бомбы в 1949 году в нашем институте уже напрямую занялись изучением воздействия радиации на живые организмы. Параллельно начался «крестовый поход» против генетики — я имею в виду печально известную сессию ВАСХНИЛ в августе 1948 года, где Т.Д. Лысенко поставил на генетике клеймо буржуазной выдумки, несовместимой с марксизмом-ленинизмом. В этом же ключе в марте 1949 года готовился разгром физики на Всесоюзной конференции физиков, которая не состоялась после обращения И.В. Курчатова к руководству страны. Многие уволенные из других институтов после сессии ВАСХНИЛ биологи, генетики нашли убежище в Институте атомной энергии, куда их пригласили работать Игорь Васильевич Курчатов и Анатолий Петрович Александров.
После испытания первой советской атомной бомбы в 1949 году в Курчатовском институте уже напрямую занялись изучением воздействия радиации на живые организмы
Началось с институтского семинара, где обсуждались проблемы биологии. Ими постепенно начали заниматься в новых лабораториях Института атомной энергии, при отделах оптических приборов, ядерных реакторов, ядерной физики. Потом уже был создан радиобиологический отдел и специальная биологическая лаборатория, которую в 1960 году возглавил Сос Исаакович Алиханян. По сути, это тогда была единственная в стране генетическая лаборатория. Здесь проводили исследования мирового уровня. Именно на ее основе почти через 10 лет был создан самостоятельный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИгенетика. — «Известия»). Он стал основой для создания у нас в стране биотехнологической промышленности, одной из самых крупных в мире. В СССР тогда производили весь набор аминокислот, витаминов, антибиотиков, сырья для лекарств. То есть ГосНИИгенетика — генетическая лаборатория Курчатовского института, которая была выделена и стала самостоятельным институтом, а оставшаяся часть этого отдела через несколько лет выросла в Институт молекулярной генетики РАН. Таким образом, основы генетических исследований в стране были заложены в Курчатовском институте, а сегодня это направление вернулось в свою альма-матер в лице ГосНИИгенетики.
— Соответственно расширился исследовательский потенциал?
— Собственно, медико-биологические, генетические исследования мы развернули на новом уровне с созданием в 2008 году Курчатовского НБИКС-центра, где мы развиваем природоподобные технологии. Первый геном человека в России, восьмой в мире, был расшифрован у нас в 2009 году. Сегодня генетические исследования уже поставлены на поток в ряде российских научных институтов.
—Можно ли считать, что мы первые в мире по данной тематике?
— Наши исследования, безусловно, мирового уровня. Мы говорили уже про реакторное материаловедение. По воздействию радиации на живые организмы у нас многолетний опыт наблюдений и исследований здоровья персонала АЭС, подводных лодок, атомных ледоколов. Сегодня мы перевели эти исследования на новый уровень — выстроена полная исследовательская цепочка, чего раньше не было. Сейчас в Курчатовском институте работает целый комплекс: лаборатория стволовых клеток, иммунологии, молекулярной биологии, генетики. Мы можем исследовать влияние излучения на стволовые клетки, дальше — на иммунную систему, на геном, далее — на структуру биологического объекта, на конкретный орган и, наконец, на когнитивные функции. Развивая ядерную медицину, необходимо расширять исследования влияния радиационного излучения на человека в целом и на отдельные системы организма.
Уверен, что совместно с Российской академией наук, ФАНО, научными институтами Минздрава и Росатома мы можем разработать серьезную исследовательскую программу национального уровня.
