ELI Romania Ce aplicatii va avea laserul de la Magurele: Tratamentul cancerului, industria farma, lupta impotriva traficului de materiale radioactive

Centrul de cercetare care va fi construit la Magurele va avea „doua instrumente noi, care nu au mai fost intalnite in lume si care aduc in stiinta lucruri care sunt inedite: laserii de mare putere si un fascicul gamma”, a declarat pentru HotNews.ro profesorul Nicolae Zamfir, directorul general al Institutului National de Fizica si Inginerie Nucleara „Horia Hulubei” si managerul proiectului ELI in Romania. „Un exemplu de care cercetatorii sunt extrem de excitati la ideea ca se va produce este producerea de materie din vid”, a afirmat Nicolae Zamfir, explicand pe larg cateva dintre experimentele pe care le au in vedere cercetatorii la ELI-NP.

Nicolae Zamfir, managerul ELI Romania:

Rep: De ce este important proiectul ELI de la Magurele?

Nicolae Zamfir: Importanta proiectului este pe mai multe planuri: este pentru stiinta in general, pentru Romania si din punct de vedere social si economic. Sunt doua instrumente noi, care nu au mai fost intalnite in lume si care aduc in stiinta lucruri care sunt inedite. Cele doua instrumente de care vorbesc sunt laserii de mare putere si un fascicul gamma, care este tot lumina extrema, dar este lumina invizibila. Niciunul dintre ele nu s-a mai facut in lume si sunt dorite de cercetatori astfel incat sa inainteze cunoasterea. Experimentele care se vor face cu cele doua instrumente noi vor aduce in mod sigur lucruri noi.

Rep: Care este finalitatea asteptata a experimentelor de acolo?

Nicolae Zamfir: As face o comparatie cu centrul de cercetari de la Geneva – CERN. Acolo cercetatorii si-au imaginat un accelerator mult mai mare decat orice accelerator existent in lume pentru a studia formarea universului, Big Bang-ul, bosonul Higgs a carui denumire a ajuns sa patrunda in limbajul public. Aici este vorba despre actiunea unor forte extraordinar de mari asupra particulelor. Laserul, care este un camp electromagnetic, va actiona asupra particulelor incarcate. Fiind puterea si intensitatea mult mai mari decat cele existente, sigur ca si efectele sunt noi si nemaiintalnite pana acum. Combinatia cu fasciculul gamma va produce efecte noi care deocamdata exista in modelele cercetatorilor, exista in teorie, dar nu s-au observat practic.

Ca regula generala la orice infrastructura de cercetare, la orice laborator mare care s-a creat, cercetatorii si-au imaginat ceva si in momentul in care s-a dat in functiune s-a observat ca s-au depasit cu mult asteptarile. Pentru ca asta este mintea omeneasca: poti sa mergi cu previziunile pana la un punct. Sigur, nu vorbesc de Star Trek, acolo imaginatia este mai bogata. Dar cercetatorii totusi au o limita in gandire pana unde putem merge. Sper ca si aceasta infrastructura ELI-NP sa respecte regula si descoperirile stiintifice sa fie cu mult peste asteptari.

Aplicatiile ELI-NP

Rep: Care sunt asteptarile, ce s-a imaginat?

Nicolae Zamfir: Dau un exemplu: toate propunerile de experimente sunt bazate pe experimente care s-au facut pana acum cu fasciculele existente si s-a extrapolat de 10-100-1000 de ori ce s-ar putea obtine. Un exemplu de care cercetatorii sunt extrem de excitati la ideea ca se va produce este producerea de materie din vid. Deci asa-zisa peer production. Exista modele, la o intensitate extrem de mare a laserilor, in vid se produce materie. Deci se transforma campul in materie. Combinatia care va exista la ELI-NP, dupa calculele unor teoreticieni, face sa se poata acest lucru.

Al doilea exemplu este faptul ca forta aceasta enorma electrica actioneaza asupra oricaror particule incarcate electric. Materia este facuta din particule incarcate electric, atomi. Atomii sunt formati din electroni si nuclee. Electronii sunt incarcati negativ, nucleele sunt incarcate pozitiv. Deci ai o combinatie care sigur in total da neutru, atomul este neutru, dar de fapt este format din particule. In momentul in care vii cu o forta externa, disociezi acesti atomi si asupra particulelor actioneaza o forta extrem de mare. S-au facut experimente si s-a observat ca chiar o foita materiala, sigur extrem de subtire, de nanometri, pur si simplu a fost dusa cu viteze apropiate de fractiuni din viteza luminii. Deci a plecat tot materialul. Este un efect extraordinar, difera de fasciculele existente la un accelerator ca cel de la Geneva pentru ca acolo densitatea de particule este limitata, pentru ca nu poti sa accelerezi cu mijloacele clasice. Cu fasciculele laser se presupune ca aceasta densitate va fi de 10 la 15 ori mai densa. Deci pur si simplu o materie densa se va deplasa cu viteze fractiuni din viteza luminii. Deci aduce a Star Trek.

De aici a aparut si zvonul cu teleportarea, pentru ca fiind viteze foarte mari – viteza luminii 300.000 de kilometri pe secunda, daca luam un procent de aici face 3.000 de kilometri pe secunda – prin mijloacele noastre obisnuite de detectie vizuala nu poti sa detectezi 3.000 de kilometri intr-o secunda si atunci pare ca o deplasare instantanee dintr-un loc in altul.

Rep: Ce putem face in practica cu aceasta miscare extrem de rapida?

Nicolae Zamfir: O aplicatie care este intrevazuta este efectul asupra diverselor materiale. Toata electronica pe care o avem noi la dispozitie, incepand de la telefoane mobile si terminand cu laptopuri si wireless si memory stick, este bazata pe stiinta materialelor, materiale obisnuite ca siliciu sau germaniu, dar intr-un tratament special ele isi schimba proprietatile si pot sa inmagazineze informatie mult mai densa datorita faptului ca s-au modificat proprietatile acelor materiale. Cu fascicule existente s-au obtinut anumite proprietati, cu fasciculele care se prevad ca vor fi se intrevad cu totul alte proprietati. Deci va fi un efect direct asupra intregii electronici, ca noi vrem totul sa fie din ce in ce mai mic si daca am putea sa avem in buzunar si-un televizor, si un automobil, si un calculator…

Apoi cu fasciculul gamma care va fi aproape de un milion de ori mai performant decat orice fascicul gamma existent acum in lume se spera sa se obtina noi produsi radiofarmaceutici si sa se poata rezolva problema detectiei materialelor nucleare sensibile. Sunt doua probleme extrem de actuale, unul din motive economice si celalalt din motive de securitate. O alta aplicatie ar fi o obtinere de fascicule pentru tratamentul cancerului.

Sa le iau pe rand: 1. obtinerea de noi radioizotopi folositi in medicina. Un exemplu de substanta radiofarmaceutica existenta este cea folosita la tomografele obisnuite. Tomografele iti fac o poza a corpului, iar poza este posibila datorita faptului ca se injecteaza o substanta care este usor radioactiva: Fluor-18. Emitand radiatii poti sa faci fotografie si atunci vezi intregul organ. Un alt exemplu de substanta radiofarmaceutica existenta si des folosita este iodul radioactiv pentru glanda tiroida, si pentru diagnostic, si pentru tratamentul cancerului la glanda tiroida. Se intrevede ca prin folosirea acestor fascicule gamma sa se poata crea noi radioizotopi. Unul dintre ele este asa-numitul Molibden-99 care provine din Technetiu 99 si este cunoscut ca fiind un radiofarmaceutic foarte folosit la bolile cardiovasculare, insa este extrem de scump. Producerea lui in ziua de astazi se face numai in reactoarele nucleare, ca produs de fisiune. Deci cand uraniul se rupe in doua, fisioneaza, se produc o serie intreaga de nuclee, aproape 300 de izotopi, unul dintre ele fiind Molibden-99. Tehnologia este sa il separi din celelalte 299 si procedura este scumpa, este foarte ineficient si am inteles ca cererea de Molibden-99 pe piata mondiala, o piata care este de cateva miliarde de euro anual, este de cateva ori mai mare decat posibilitatea tuturor reactoarelor existente in lume. Probabil ca si de aici vine costul. La ELI-NP se vor studia niste metode astfel incat sa poti produce acest Molibden-99 aproape din Molibden natural, din Molibden 100 care e 25% din Molibden natural.

Un alt exemplu pe care l-au intrevazut cercetatorii este 2. producerea unui izotop al platinii radioactiv, care poate fi folosit in chimioterapie. Substantele folosite in chimioterapie au si o componenta de platina. Pe de o parte – nu sunt in domeniu, va spun ce am citit si ce au spus cercetatorii care sunt in acest domeniu – se pare ca aproape o patrime din pacientii care sunt tratati prin chimioterapie fac acest tratament inutil, substanta nu se duce in tumoare, substanta se duce in celelalte organe. Stim cu totii cat de chinuitor este un astfel de tratament, si daca mai este si inutil la un sfert din pacienti este un lucru extrem de rau. Deci daca ai avea posibilitatea sa vezi cu exactitate unde se duce aceasta substanta, sa decida medicul se face sau nu, se preteaza un astfel de tratament sau nu, ar fi extraordinar. Ideea este sa gasim o metoda sa se produca aceasta platina radioactiva, platina 195, care sa se introduca in substanta folosita in chimioterapie astfel incat sa foloseasca drept trasor, imediat vede: se duce in organul bolnav sau nu. Si atunci se aplica sau nu tratamentul.

In privinta celeilalte directii de 3. management al materialelor nucleare sensibile, vorbim de materialele care sunt folosite in bomba nucleara: uraniul, plutoniul. Uraniul este de 2 feluri, din punctul de vedere al bombei: uraniul bun si uraniul prost. Uraniul bun este uraniul 235, dar abundenta izotopica in uraniul natural este sub 1%. Si de aici tot efortul sa se faca separari. Vezi istoriile cu unele state care vor sa isi faca bombe. Deci aici este: sa separi uraniul 235 de celalalt care este majoritar, 238. Nu se va putea face separare prin metodele care se vor dezvolta la ELI-NP, dar se poate detecta in momentul in care ai o cantitate de uraniu, mai ales cand se trec granitele, poti sa detectezi imediat daca este uraniu 235 sau 238. Deci pe cei care vor spune ca este uraniu natural poti sa ii detectezi imediat daca au uraniu imbogatit, iar traficul transfrontalier de uraniu 235 este extrem de periculos sau de plutoniu.

Deci metodele care speram ca vor fi puse la punct la ELI vor detecta aidoma aparatelor de raze X de la aeroport ce cantitate de substante sensibile ai chiar intr-un container cu pereti grosi. Pentru ca radiatia gamma are proprietatile ca poate patrunde si poti sa detectezi imediat daca intr-un camion ai astfel de substante care sunt sensibile.

La centralele nucleare bazate pe uraniu imbogatit, schimbarea combustibilului se face in urma calculelelor, dar nu stie nimeni cu precizie cand s-a ars tot uraniul bun, 235. Daca lasi acel combustibil si nu mai este folositor, il lasi de pomana, iar daca il scoti mai repede este pacat de combustibil, ca il arunci. Si atunci prin metodele astea se iau probe si se determina cu exactitate daca mai este uraniu 235, deci daca mai tii combustibilul acolo sau il schimbi.

A mai aparut si in presa chiar o ipoteza cu deseurile radioactive. A aparut imediat: Magurele va fi un loc in care toate deseurile radioactive din Europa si din afara Europei vor fi stranse. Nici vorba! Problema deseurilor radioactive la noi este o problema mare in lume. Nu ai unde sa le depozitezi, legile sunt stricte. Trebuie locuri care sa nu afecteze mediul. Exista asa-numita problema a deseurilor istorice, in cei 50-60 de ani de dezvoltare a domeniului, atat al fizicii nucleare, cat si a reactoarelor de putere nucleara, a aparut o serie intreaga de deseuri care nu pot fi aruncate la gunoi obisnuit: se numesc deseuri radioactive. Romania a rezolvat aceasta problema cu deseurile istorice din activitatea din anii ’50 pana acum, avem un depozit de deseuri radioactive, institutul chiar in Muntii Apuseni, dar acolo se pot duce numai deseuri de joasa si medie activitate, deci nu cele din centralele nucleare. Nici la noi nu a fost rezolvata problema cu deseurile din centrale. Alte tari nu au rezolvat nici prima problema. Deci au zeci de mii de containere cu deseuri radioactive si nu au ce sa faca cu ele, pentru ca legile internationale spun ca nu poti sa depozitezi daca nu stii cu exactitate ce e acolo. Fiind depozitate in anii ’50-’60 in butoaie, nimeni nu stie ce e acolo si nu ai cum sa le determini, si atunci nu au voie sa le depoziteze definitiv.

Cu mijloacele pe care le studiem la ELI-NP se va putea face o radiografie cu exactitate a acestor butoaie cu deseuri radioactive istorice astfel incat sa poata lumea sa scape de ele. Deci nu e vorba de Romania, dar daca se pun la punct metode, sigur ca prin transfer tehnologic o sa fim dispusi sa vindem metoda oricarei companii din lume, sigur contra cost, ca trebuie sa ne scoatem si noi banii din cercetare.

Apoi exista o idee de a se trata deseurile radioactive, chiar cele inalt active, cele din centrale nucleare, prin asa-zisa accelerator driven system. Exista un accelerator care produce fascicule accelerate de particule de energie mare si bombardeaza aceste deseuri si le schimba din deseuri de viata lunga – mii de ani, zeci de mii de ani – in deseuri de viata scurta, secunde, milisecunde, ca sa moara si sa poti sa le arunci la gunoi. Le schimba compozitia si in felul asta le neutralizeaza.

Nicio tara din lume nu a avut resursele sa construiasca un accelerator de sute de milioane de euro ca sa puna deseurile in acel fascicul sa le trateze. Ideea cu laserii de mare putere a schimbat putin problema. Aici intervine a treia directie principala de aplicatie: asa cum am spus, se observa ca prin interactia laserului de mare putere cu materia se produc fascicule de particule accelerate. Aidoma particulelor care se obtin cu acceleratoarele clasice. Daca se obtin fascicule cu parametri performanti, incepi sa faci concurenta acceleratoarelor clasice. Deocamdata ideea a fost sa se construiasca acest ELI-NP, sa foloseasca mijloacele si metodele fizicii nucleare, sa se vada cum sa obtii astfel de fascicule performant. Dupa ce se obtin aceste fascicule foarte bune, se spera ca pretul laserelor va scadea. Daca luam pretul laserelor in istoria de 50 de ani, luam un laser care era in anii ’60 si costa 1 milion de dolari, sa zicem, acum costa un euro, ca te duci la librarie si iti iei pointer sau te duci la discoteca si vezi. Deci pretul laserilor se duce in jos, pentru ca tehnologia se dezvolta rapid, cererea pe piata e mare si atunci e normal. Dimensiunea laserului – daca un laser acum de 10 petawatt il punem intr-o hala experimentala de 2.500 de metri patrati se spera ca se va ajunge sa il punem intr-o camera mica.

Costul constructiei sigur ca va scadea, una e sa construiesti ceva de mii de metri patrati si alta e de 20 de metri patrati. In momentul in care vei putea sa ai acceleratoare de particule bazate pe aceste lasere, se numesc Tabletop, la un pret accesibil, probabil ca toata lumea isi va face un astfel de accelerator ca sa trateze deseurile radioactive pe care le are. Deci nu este vorba despre faptul ca se vor trata la Magurele, nici macar cele romanesti. Este centru de cercetari stiintifice, nu este fabrica de anihilari.

Apoi aceste fascicule vor putea servi la 4. hadronoterapie, unde un accelerator iarasi costa zeci de milioane de euro, sunt cateva in lume. Hadronoterapia se bazeaza pe faptul particule accelerate, in interactia cu tesutul viu, distrug numai portiunea de tesut unde se opreste particula. Este o lege a fizicii, in momentul cand ai tumori intr-un loc inaccesibil cum este creierul, daca se folosesc mijloacele clasice de radiatie se distruge tot. Deci radiatia gamma distruge tot ce e si inainte de tumoare, si dupa. Cu aceste fascicule s-a demonstrat si exista centre in care se distruge numai tumoarea. Deci reglezi energia particulelor astfel incat sa distrugi numai bucatica pe care o vrei. Exista in Germania, s-a dezvoltat metoda la centrul lor de cercetari nucleare si acum 2-3 ani a fost transferata tehnologic si Siemens a consturit un centru la Heidelberg, insa acceleratorul costa aproape spre suta de milioane de euro. Franta iarasi are, la centrul lor de cercetari nucleare, Italia la fel, Statele Unite. Deci tarile bogate si-au permis sa isi faca un astfel de accelerator pentru pacienti, pentru zecile de mii de pacienti cu tumori care se preteaza la asa ceva. Tarile mai mici nu isi permit sa construiasca un astfel de accelerator, chiar daca sunt cateva mii de pacienti care ar putea sa beneficieze. Daca am avea un accelerator care in loc de cateva zeci de milioane sa coste numai cateva zeci de mii, speram ca fiecare spital sa poata sa aiba. Deci ideea este ca la ELI-NP sa se studieze modalitatea de a obtine astfel de fascicule.

Despre ELI-NP – Laserul de la Magurele

Amintim ca in urma cu doua zile Comisia Europeana a anuntat ca a aprobat finantarea proiectului ELI-NP – cel mai puternic laser din lume care va fi construit la Magurele. Este vorba despre finantarea pentru prima parte a proiectului, de 180 de milioane de euro, urmand ca restul de bani pana la 356 de milioane de euro cat costa proiectul integral sa fie eliberati in urmatorul exercitiu financiar european multianual, care incepe din 2014.

Constructia va avea o suprafata de peste 68.000 de metri patrati, va avea subsol, parter si 5 etaje. Durata de realizare a investitiei este de 55 de luni.

Extreme Light Infrastructure (ELI) este un proiect paneuropean de cercetare stiintifica initiat in 2005, in cadrul caruia 13 tari europene colaboreaza pentru construirea celui mai puternic laser din lume. Cehia, Romania si Ungaria sunt statele gazda care vor construi fiecare cate o parte din acest proiect. Mai exact, in cele trei state se vor construi mai multe lasere. Este vorba despre trei proiecte complementare, fiecare tara urmand sa realizeze cercetari in ceea ce priveste lumina de mare intensitate, fiecare insa intr-un anumit domeniu de studiu. ELI-NP, complexul care se va construi la Magurele, are ca obiectiv aprofundarea fizicii nucleare folosind fascicule laser cuplate cu gamma.

Dintre cei trei piloni ai proiectului ELI, pilonul a carui constructie revine Romaniei, ELI – NUCLEAR PHYSICS (ELI-NP), este cel mai complex. ELI-NP se va construi in orasul Magurele, la Institutul National de Cercetare – Dezvoltare pentru Fizica si Inginerie Nucleara „Horia Hulubei”. Prin acest proiect, in colaborare cu Cehia si Ungaria, Romania va dezvolta cel mai puternic laser din istorie si va dezvolta tehnologii superioare celor ale Organizatiei Europene pentru Cercetare Nucleara (CERN – European Organization for Nuclear Research), potrivit Autoritatii Nationale pentru Cercetare Stiintifica.