Борьба с раком на земле и в космосе с помощью протонов высокой энергии

Ученые на Земле используют протоны высокой энергии для создания изотопов для обнаружения и лечения рака. Однако в космосе те же самые высокоэнергетические протоны могут представлять опасность для космических кораблей и здоровья путешествующих на них астронавтов. Эти риски означают, что космический корабль должен иметь защитную защиту. К сожалению, у ученых есть большая неопределенность в отношении рисков, связанных с этими высокоэнергетическими протонами. Чтобы узнать больше о рисках и об использовании этих протонов для производства изотопов, ученые измерили поперечные сечения (вероятности) высокоэнергетических протонных реакций, используемых для производства важных новых радиофармацевтических препаратов.

Измерение этих поперечных сечений позволяет ученым оптимизировать количество и чистоту медицинских изотопов, необходимых для борьбы с раком. К ним относится производство фармацевтических препаратов мышьяк-72-HBED и галлий-68-DOTATOC с использованием протонов высокой энергии от ускорителей частиц. Врачи используют эти препараты, чтобы показать, где в организме распространились опухоли. Однако протоны высоких энергий также являются опасным видом космического излучения. Лучшее понимание их поведения и реакций позволяет ученым совершенствовать конструкцию экранов, защищающих астронавтов и электронику космических кораблей. Это позволит нам исследовать другие планеты в нашей Солнечной системе, а также поможет понять, как ядра поглощают и выделяют энергию.

Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли провели серию экспериментов с использованием протонных пучков от производителя изотопов в Брукхейвенском линейном ускорителе, Лос-Аламосского завода по производству изотопов и 88-дюймового циклотрона лаборатории Беркли. В этих экспериментах измерялась скорость образования 78 сотопов в результате протонной бомбардировки мишеней из ниобия и мышьяка с энергиями до 200 МэВ, включая два радионуклида, используемые для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), и один, используемый для контроля дозы от протонных пучков в ускорителях.

Команда сравнила этот большой объем производственных данных с прогнозами, сделанными с использованием самых современных кодов моделирования ядерных реакций, чтобы изучить, насколько быстро энергия от входящего протона распространяется по всему ядру, когда они сталкиваются. Результаты показали значительно более медленную скорость рассеивания энергии в ядре по сравнению с тем, что ученые считали ранее. Это уменьшение, в свою очередь, приводит к увеличению эмиссии дополнительных «вторичных» высокоэнергетических протонов и нейтронов, а также показывает разительно разные скорости при получении изотопов с разным протонно-нейтронным отношением. В совокупности эти результаты дают рекомендации по оптимизации производства двух радионуклидов ПЭТ и помогут в разработке защиты космических кораблей и их пассажиров от «вторичных» частиц, вызванных протонами в космическом излучении.

Это исследование было поддержано Программой по изотопам Министерства энергетики, управляемой Управлением науки по исследованиям, разработкам и производству изотопов, и проводилось Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, Национальной лабораторией Лос-Аламоса и Национальной лабораторией Брукхейвена.