ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2019, том 82, № 5, с. 425-439

ЯДРА

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РАДИАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ

А. В. Белоусов, М. В. Желтоножская, Е. Н. Лыкова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, физический факультет, Россия

Поступила в редакцию 25.12.2018 г.; после доработки 25.12.2018 г.; принята к публикации 25.12.2018 г.

В настоящей работе обсуждается роль радиационных технологий в мировом хозяйстве: фундаменталь-

ной науке, промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Сравнивается развитие радиационных

технологий в мире и России. Общее количество источников ионизирующих излучений в мире насчи-

тывает примерно 11 млн единиц, основную часть которых составляют радиоактивные источники (∼6-

7 млн единиц) и рентгеновские установки (∼4 млн единиц). Число высокотехнологичных установок

(ускорителей,разных типов томографов и других установок), использующих ионизирующиеизлучения,

не превышает 200 тыс. единиц. В России — более 153 тыс. единиц таких приборов и установок, в

том числе использующих рентгеновское излучение порядка 64700 единиц, радиоизотопных приборов

и установок, реакторов, хранилищ радиоактивных отходов около 79700, ускорителей — 471. В статье

дается анализ стратегически и экономически наиболее перспективных направлений развития радиа-

ционных технологий в России.

DOI: 10.1134/S004400271904007X

1. ВВЕДЕНИЕ

Радиационная онкология и лучевая терапия

в России возникли, когда Мария и Пьер Кюри

Исследование строения вещества привело к

нескольким фундаментальным открытиям, став-

подарили директору онкологического института

шим базой всей современной радиационной физи-

несколько радиевых игл. Этот институт был открыт

ки. Это в первую очередь — катодные лучи, обна-

по инициативе профессора московского универси-

руженные Ю. Плюккером в 1859 г., затем рентге-

тета Л. Левшина в 1903 г. на пожертвования про-

новское излучение (В. Рентген, 1895 г.), а также ра-

мышленников Морозовых. В 1922 г. с приходом на

диоактивность некоторых видов вещества (А. Бек-

должность директора П. Герцена онкологический

керель, 1896 г.). Четвертым событием в этом ряду

институт был объединен с пропедевтической хи-

стало создание специальных установок — ускори-

рургической клиникой Московского университета,

телей — для получения ионизирующих излучений

а уже с 1934 г. стал учреждением Министерства

в конце двадцатых-начале тридцатых годов про-

здравоохранения. В 1918 г. в России была создана

шлого столетия. С этого времени началось исполь-

первая рентгенологическая клиника.

зование ионизирующих излучений.

До тридцатых годов прошлого века ионизирую-

На первом этапе (наиболее обширном) раз-

щие излучения получали с помощью рентгеновских

вития радиационных технологий (1895-1970 гг.) в

трубок и из естественных источников. На рубе-

основном осуществлялись исследовательские ра-

же двадцатых-тридцатых годов были созданы но-

боты, проводилось накопление эксперименталь-

вые виды источников ионизирующих излучений —

ного материала и его теоретическое осмысление.

ускорители заряженных частиц, а затем на них

Первую рентгеновскую установку в России по-

были получены и искусственные изотопы.

строил известный ученый А. С. Попов. Она была

использована для получения первых снимков ко-

Вторым шагом на этом этапе стало начало

стей человека, что в дальнейшем позволило опре-

промышленного применения ионизирующих излу-

делять места переломов и нахождения осколков и

чений. Так, рентгеноструктурный анализ появил-

пуль в теле человека и спасать большое количество

ся в результате выдвинутой в 1912 г. М. фон

жизней. Во время Русско-японской войны рентге-

Лауэ идеи — при помощи Х-лучей исследовать

новские установки стояли на флагманском корабле

внутреннее строение кристалла. Сначала получа-

“Аврора”.

ли снимки, описывающие строение монокристалла,

затем стали обнаруживать дефекты решетки. Далее

^*E-mail: a.p.chernyaev@yandex.ru

стали изучать поликристаллические материалы —

425

426

ЧЕРНЯЕВ и др.

порошки, сплавы. Рентгеновские лучи и радиоак-

росло число источников ионизирующих излуче-

тивные источники эффективно применялись для

ний, используемых в различных отраслях мирового

определения внутренних дефектов изделий (тре-

хозяйства. Сложились международные нормы по

щин, раковин, непроваров, включений), т.е. воз-

использованию радиационных технологий.

никла рентгено- и гамма-дефектоскопия.

На третьем этапе (условно с 2010 г.) внед-

Третьим шагом стало применение ионизирую-

рение радиационных технологий началось в боль-

щих излучений в биологии. С 1895 по 1922 гг. бла-

шом числе стран. Ежегодно в мировое хозяйство

годаря обширным исследованиям сформировалась

поступает сотни тысяч источников ионизирующих

наука радиобиология. Было открыто торможение

излучений. Они в значительной степени заменили

клеточного деления при облучении (М. Корнике

действующие на более совершенные и увеличили

и др., 1905 г.), а в 1906 г. французские ученые

их общее число. К тому же возросло число моди-

И. Бергонье и Л. Трибондо обнаружили различные

фикаций техники для разных направлений исполь-

реакции клеток на облучение. В 1930-е гг. англий-

зования. Получили широкое внедрение радиаци-

ские ученые Д. Бернал и Д. Кроуфут-Ходжкин

онные технологии в большом числе отраслей про-

осуществили рентгеноструктурный анализ белков,

мышленности и сельского хозяйства, появились

новые отрасли мирового хозяйства. Темпы разви-

позволивший построить в 1953 г. первую простран-

тия ядерно-физических методов в медицине ста-

ственную модель ДНК. Ионизирующие излучения

ли настолько впечатляющими и разнообразными,

начали использовать не только в научных исследо-

ваниях, но и в различных отраслях мирового хозяй-

что сейчас трудно представить развитие высоких

ства. Они прочно вошли в жизнь и стали неотъем-

технологий в медицине без участия ученых (ма-

лемой частью многих технологических процессов.

тематиков, физиков, химиков и биологов). Атом-

ная энергетика с каждым годом охватывает все

Число направлений, в которых применялись ради-

большую территорию планеты при значительном

ационные технологии, росло с каждым годом [1-7].

увеличении надежности энергоблоков. Продолжа-

В тридцатые-сороковые годы прошлого сто-

ют совершенствоваться международные нормы по

летия в мировом хозяйстве началось применение

применению радиационных технологий в разных

ускорителей заряженных частиц и искусственных

сферах мирового хозяйства.

радиоактивных изотопов. К пятидесятым годам

Использование радиационных технологий по-

сформировалось представление о действии иони-

следние десятилетия интенсифицировалось по

зирующих излучений на живую и неживую мате-

всем направлениям. В 2017 г. во всем мире одной

рию. Появились первые пилотные технологические

процессы с использованием источников ионизи-

только промышленной продукции с их исполь-

рующих излучений. Они со временем совершен-

зованием произведено более чем на

650

млрд

ствовались и стали внедряться в промышленные

долл. Учитывая создание техники, использую-

цепочки.

щей ионизирующие излучения, которой ежегодно

выпускают на сумму порядка

500

млрд долл.,

На втором этапе (1970-2010 гг.) началось

а также внедрение радиационных технологий в

внедрение в различные отрасли народного хозяй-

решение экологических проблем, медицинские

ства ядерных технологий. Потребность в них воз-

услуги и сельскохозяйственное производство, эта

растала с каждым годом, а экономическая выгода

цифра превышает 1 трлн долл. К 500 млрд долл.

их использования была все более заметной. Осо-

приближается доход от товаров и услуг ядерной

бенно значительными были успехи радиационных

медицины.

технологий в химии и микроэлектронике, медицин-

ской технике, сельском хозяйстве и стерилизации

В различных отраслях мирового хозяйства дей-

медицинской продукции. Начала формироваться

ствуют промышленные рентгеновские установки,

законодательная база использования различных

радионуклидные источники и рентгеновские меди-

достижений в радиационных технологиях. Набрала

цинские приборы (диагностические и терапевти-

опыт в своем развитии атомная энергетика.

ческие аппараты), промышленные и медицинские

ускорители заряженных частиц, хранилища радио-

Радиационные технологии от отдельных проек-

активных отходов и ядерного топлива, ядерные

тов перешли к широкому промышленному исполь-

реакторы, технологии ядерной химии для модифи-

зованию, став неотъемлемой частью мировой эко-

кации материалов и создания новых, а также мно-

номики. Их вклад в общемировой валовый продукт

гие другие устройства и технологии. Количество

становился все более существенным и с каждым

направлений использования радиационных техно-

годом продолжал возрастать. Они проникли во

логий ежегодно увеличивается на ∼10-15%.

все новые отрасли мирового хозяйства, улучшая

качество продукции и увеличивая производитель-

В этой связи весьма актуальным представляет-

ность труда, создавая новые отрасли и материа-

ся анализ тенденций развития радиационных тех-

лы. Примерно с 2000 г. возрастающими темпами

нологий в разных отраслях народного хозяйства

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

427

РАДИАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА

РЕАКТОРЫ

ЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСКОПЫ

(КТ, ОФЭКТ, Гамма-камеры, ПЭТ, МРТ)

~441

~50-100 тыс.

~94 000

УСТАНОВКИ

РЕНГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ

Р/А ИСТОЧНИКИ

ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

~4 млн

~6-7 млн

~18 500

ВСЕГО ~10-11 млн

Рис. 1. Приборы для радиационных технологий в мире.

УСКОРИТЕЛИ

РЕАКТОРЫ

ХРАНИЛИЩА Р/А ОТХОДОВ

~471

~128

~651

Р/А ИСТОЧНИКИ И ПРИБОРЫ

РЕНГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ

ПРОЧЕЕ

~80 000

~64 700

~8380

ВСЕГО ~153080

Рис. 2. Приборы для радиационных технологий в России.

России, хотя бы в самых общих чертах, оценка ко-

томографов, а также 19 тыс. ОФЭКТ и гамма-

личества и качества радиационных установок, ис-

камер, 4 тыс. ПЭТ-сканеров.

пользующих различные источники ионизирующих

В народном хозяйстве нашей страны на 1 января

излучений, в сравнении с аналогичными в ведущих

2017 г. использовалось всего 153080 источни-

странах мира. Это позволит установить отрасли и

ков ионизирующих излучений [8] (рис. 2, нижняя

технологии, в которых наша страна отстает от веду-

щих стран мира, а также определить направления,

строка). Причем они располагаются в различных

где мы занимаем или можем занять лидирующие

организациях и учреждениях: АЭС, геологических

направления.

и добывающих предприятиях, медицинских, науч-

ных, учебных, промышленных и таможенных учре-

ждениях, пунктах захоронения радиоактивных ве-

2. РАДИАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ществ.

В МИРЕ И РОССИИ

В России приборов, установок и комплек-

сов, использующих рентгеновское излучение [8]

В современном мире примерно 10-11 млн уста-

новок, приборов, устройств, использующих иони-

∼64700 единиц (42.2%), а естественные и искус-

зирующие излучения (рис. 1). К источникам иони-

ственные радиоактивные изотопы ∼80 000 (52.2%).

зирующих излучений относятся приборы, обору-

В их числе дефектоскопы, содержащие радионук-

дование, использующие рентгеновское излучение,

лидные гамма-источники, — 1300, закрытые ради-

искусственные и естественные радиоактивные изо-

онуклидные источники — 61 800, радиоизотопные

топы, а также ускорители заряженных частиц. Ос-

приборы и установки — 14.9 тыс. В нашей стране

новную часть составляют рентгеновские приборы

128 ядерных реакторов, 651 хранилище радио-

и различные типы источников с радиоактивны-

активных веществ и отходов ядерных реакторов,

ми изотопами — соответственно ∼36% и ∼62%.

471 (0.3%) ускоритель заряженных частиц, 389

Количество остальной техники, создающей и ис-

ускорителей электронов и 82 — протонов и ионов.

пользующей ионизирующие излучения, существен-

но меньше (∼2%), но эта техника чрезвычайно вы-

Таким образом, соотношение техники на основе

ионизирующих излучений выглядит у нас так: при-

сокотехнологична и очень дорогостоящая (конечно,

боры, устройства, отдельные источники, исполь-

о стоимости реакторов речь даже не идет). Одних

приборов для лучевой диагностики действует бо-

зующие радиоактивные изотопы — 53.6%, рентге-

лее 94 тыс. Они включают в себя более 40 тыс.

новская техника — 40%, сложная техника (ускори-

компьютерных и 30 тыс. магнитно-резонансных

тели и реакторы) — 0.4%, другое — 6.0%. В мире

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

428

ЧЕРНЯЕВ и др.

доля ускорителей и реакторов примерно такая же,

как и у нас в стране — ∼0.4%.

2.1. Рентгеновское излучение

Как уже отмечалось выше, рентгеновские уста-

новки, в первую очередь, вошли в медицину, так

что сегодня вряд ли можно представить любое

медицинское учреждение без наличия в нем хотя

бы нескольких рентгеновских аппаратов. Они ак-

тивно применяются не только в диагностике, но и

в терапии. Рентгеновское исследование позволяет

уточнить форму органов, их положение, тонус, пе-

Рис. 3. Рентгеновская диагностическая техника: 1 —

ристальтику, состояние рельефа слизистой оболоч-

аппарат рентгеновский С-дуга, 2 — аппарат рентге-

новский передвижной, 3 — маммограф, 4 — флюоро-

ки, а также произвести терапевтическое лечение

граф, 5 — антиограф, 6 — комплекс рентгенодиагно-

и даже провести операцию. Рентгеновские уста-

стический, 7 — компьютерный томограф.

новки изготавливают около ста компаний многих

стран мира. Ежегодно производится более 200 тыс.

рентгеновских приборов и установок. В России

Причем на промышленных предприятиях их 7258,

покупается ежегодно более 10 тыс. рентгеновских

в таможнях — 980 (ускорителей 39). Закрытых ра-

приборов, что в целом обеспечивает потребно-

диоактивных источников в неразрушающем кон-

сти народного хозяйства [9, 10]. Полтора десятка

троле 12 042, в том числе 926 гамма-установок.

производителей поставляет на внутренний рынок

более 5 тыс. единиц рентгеновской техники, в том

В сельском хозяйстве рентгеновская техника,

числе для медицины 4.4 тыс.

радиоактивные источники и ускорители электронов

В науке с помощью рентгеновских лучей бы-

применяются в генетике, для стимуляции роста се-

ло сделано много важнейших открытий, как, на-

мян, сохранности продукции в сельском хозяйстве

пример, дифракция Х-лучей кристаллами (Лауэ,

(радиационная обработка продуктов и стерилиза-

1914), анализ кристаллической структуры и соста-

ция), радиационной экологии.

ва вещества (Брэгг, 1915). Множество открытий на

Российский рынок рентгенодиагностического

базе рентгеновских лучей сделано в физике атома,

оборудования в XXI в. остается достаточно круп-

астрофизике и физике космоса, в радиобиологии и

т.д.

ным и динамично развивающимся. Его объем с

Их использование в промышленности привело к

2008 г. растет в среднем на 37% в год, и в 2012-

созданию и успешному развитию неразрушающего

2014 гг. составлял 220-245 млрд руб. К насто-

контроля, который применяется в производстве и

ящему времени отечественная промышленность

эксплуатации (в том числе и в целях безопасности).

[12-17] производит практически всю номенклатуру

изделий, в том числе и для общей рентгенодиа-

Мировой рынок неразрушающего контроля в

гностики: маммографы, цифровые флюорографы,

2013

г. составлял

7.9

млрд долл., а в нашей

передвижные кабинеты на шасси автомобилей

стране — всего ∼1.6% мирового рынка (47.7 млн

для цифровой рентгенографии и маммографии,

долл.) по данным корпорации Росатом

[11].

В 2018 г. он может достигнуть 11.6 млрд долл., а

хирургические рентгеновские аппараты типа С-

рынок досмотровых систем — 2.5 млрд долл. При

дуга, некоторые виды цифровых преобразователей

неразрушающем контроле последние десятилетия

рентгеновского изображения, а также магнитно-

существенно выросло пространственное разре-

резонансные томографы на постоянных магнитах.

шение, контрастность изображения, увеличилась

На российском рынке рентгеновской диагности-

надежность установок и толщина материала,

ческой техники соотношение ее различных видов

контролируемая на них, а также сократилось время

представлено на рис. 3.

получения изображения. Развитие досмотровых

систем снижает риск терактов, увеличивает воз-

Более 60% объема всех закупок медицинского

можности обнаружения взрывчатых и радиоактив-

оборудования приходится на рентгенодиагностиче-

ных веществ, ускоряет досмотр.

ские комплексы и компьютерные томографы, при-

В народном хозяйстве нашей страны особенно

мерно равные доли имеют ангиографы, флюоро-

много работает рентгеновских установок и радио-

графы и маммографы. Оставшаяся часть поделена

активных источников, в неразрушающем контроле

поровну между такими видами рентгеновских аппа-

[8-10, 12-17] их 12658, в том числе в дефекто-

ратов, как аппарат рентгеновский С-дуга и аппарат

скопии (8675), в досмотровых комплексах (3983).

рентгеновский передвижной (рис. 3).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

429

МИРОВАЯ

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

МЕДИЦИНА

НАУКА

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

~1500

~12 700

~1200

~27 000

ВСЕГО ~42 400

Рис. 4. Ускорители в мировом хозяйстве.

Все компьютерные томографы поставляются

варьироваться в широких пределах, позволяя

из-за рубежа, причем 70% — от основных пос-

решать все более широкий круг задач. В науке по-

тавщиков этого оборудования (из США — 35%, из

явились сложнейшие установки и ускорительные

Японии — 18%, из Нидерландов — 13%). Ангио-

комплексы (синхротроны, коллайдеры, линейные

графы также не производят в нашей стране. Их

ускорители), позволяющие ускорять частицы до

поставляют: США — 34%, Нидерланды — 21%,

сверхвысоких энергий — сотни ГэВ и даже едини-

Япония — 7%. Российские компании поставляют в

цы ТэВ.

учреждения здравоохранения значительную долю

В настоящее время ускорители широко исполь-

флюорографов (около 70%), рентгенодиагностиче-

зуются как в научных исследованиях (в физике, хи-

ских комплексов (∼40%), передвижных рентгенов-

мии, биологии, радиоэкологии и других науках), так

ских комплексов (∼41%), рентгеновских аппаратов

и в прикладных областях народного хозяйства—в

с С-дугой (∼30%), а также 24% маммографов.

промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Российское рентгеновское оборудование состав-

Сложно оценить, какие установки следует счи-

ляет 26% общего объема в денежном выражении

тать собственно ускорителями. Ведь ускорение за-

и примерно 44% в количестве единиц. Ведущими

ряженных частиц происходит и в рентгеновской

производителями, имеющими собственные разра-

трубке, и в кинескопе, и тем более в электронном

ботки и производственную базу, являются мос-

микроскопе.

ковские: ЗАО “Амико”, ООО “ПМП “Протон”,

В мире общее количество ускорителей, действу-

ООО “Мосрентгенпром”, “Гелпик”, “СпектрАп”,

ющих в науке, промышленности, сельском хозяй-

“Медицинские Технологии”, петербургский ЗАО

стве и медицине, к 2018 г. оценивается пример-

НИПК “Электрон”.

но в 42 400 единиц [18-26] (рис. 4). Это число

В России основная доля рентгеновских аппа-

не включает в себя ускорители, используемые в

ратов (почти 80%) на 1 января 2017 г. исполь-

закрытых работах, в частности, в оборонной про-

зуется в медицинских целях (52 040 единиц). Для

мышленности, а также электронные микроскопы и

сравнения, в 2002 г. в России действовало 36 782

рентгеновские трубки.

рентгеновских диагностических аппаратов разного

В 210 научных лабораториях и ускорительных

назначения.

центрах примерно 40 стран мира для исследований

В среднем по стране в медицине один рентге-

в ядерной физике и физике частиц используется

новский медицинский аппарат приходится на 3200

около 1200 ускорителей, что составляет примерно

жителей, а в Москве и Санкт-Петербурге — на

3% всех существующих ускорителей [27]. Послед-

2000 жителей.

ние десятилетия темпы внедрения ускорителей в

народное хозяйство возрастают, а их число ежегод-

но увеличивается на 10-15%.

2.2. Ускорители заряженных частиц

Рынок медицинских и промышленных ускори-

Особенно необходимо выделить источники

телей составлял около 4.7 млрд долл. к середине

ионизирующего излучения — ускорители заря-

2017 г., и эта сумма увеличивается более чем на

женных частиц. Эти установки являются одним

10% ежегодно. Вся цифровая электроника сейчас

из уникальных достижений человеческой мысли.

зависит от использования пучков частиц для ион-

Трудно было предположить, что спустя три чет-

ной имплантации, что позволяет создать продукции

верти века после создания они станут играть такую

с помощью ускорителей ежегодно на сумму более

же важную роль в развитии нашей цивилизации,

1.5 млрд долл. Стоимость продуктов, обработан-

как лазер, ракета, самолет, космический аппарат,

ных на ускорителях, ежегодно составляет более

т.е. станут одним из величайших достижений

чем 500 млрд долл. [6].

человечества. Ускорители стали не только важней-

шим инструментом ученых, они стали проникать

В России развитие ускорительной техники на-

в различные области народного хозяйства — в

чалось почти одновременно с другими ведущими

промышленность, сельское хозяйство и медицину.

странами мира. Лишь в 1990-2000 гг. их строи-

Их размеры стали уменьшаться, а характеристики

тельство сильно замедлилось, но в последнее время

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

430

ЧЕРНЯЕВ и др.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБРАБОТКА

ИМПЛАНТАТОРЫ

ГЕНЕРАТОРЫ НЕЙТРОНОВ

МАТЕРИАЛОВ

~11 000

~2000

~7500

ОБЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМ

ПРОИЗВОДСТВО

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ

ПУЧКОМ

ИЗОТОПОВ

АНАЛИЗ

~3000

~1500

~2000

МИРОВОЕ ХОЗЯЙСТВО ~27 000

Рис. 5. Ускорители в мировой промышленности.

быстро восстанавливается. В нашем народном хо-

В России таких центров 6 — в ФИАНе, Курчатов-

зяйстве действует порядка 470 ускорителей. В том

ском институте, ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск),

числе 181 в медицине [28], 56 в научных и учебных

Дубне, Зеленограде, Томске.

организациях, 236 в народном хозяйстве (включая

В последнее время активно для большого спек-

ускорители в таможнях, структурах Росатома и

тра научных и практических задач создаются ла-

других предприятиях).

зеры на свободных электронах. Их в мире шесть

(Германия, США, Япония, Швейцария, Южная

В мире существуют около 70 производителей

Корея, Россия), причем один из них работает в

ускорителей. В России их примерно 14, причем

Новосибирске в терагерцовой области излучения.

наиболее крупные [6, 7] — институт сильноточной

В мировой промышленности, как уже отмеча-

электроники СО РАН (г. Томск), ИЯФ СО РАН

лось, работает 27000 ускорителей ионов, протонов

(г. Новосибирск), НИИЭФА (г. Санкт-Петербург)

и электронов [6], а в сельском хозяйстве — 1500.

и быстро набирающий темп НИИЯФ МГУ

(г. Москва) совместно с предприятием “Торий”.

Общее количество ускорителей, действующих

в промышленном производстве, включает в себя

Как отмечалось выше, примерно 51 или ∼4.3%

около 11 500 ускорителей ионов, менее 3500 уско-

всех ускорителей, работающих в мировой науке,

рителей протонов и 11 500 — электронов. Значи-

функционируют в научных и учебных заведениях в

тельная часть промышленных ускорителей рабо-

России. Разделить ускорители, работающие в на-

тает в производстве новых материалов посред-

учных и промышленных целях, достаточно сложно,

ством имплантации ионов (∼11 000) и электронно-

поскольку часть из них работает в обоих направ-

лучевой обработке материалов — 7500, в том числе

лениях, а часть располагается в научных учрежде-

электронная сварка и резка — более 4500 уско-

ниях, но работает полностью в промышленных це-

рителей (рис. 5). Для неразрушающего анализа

лях. В частности, в Московском государственном

и облучения электронным пучком используются

университете в фундаментальных и прикладных

ускорители электронов — соответственно 2000 и

исследованиях используется семь ускорителей.

3000 единиц.

Они применяются для исследований в физи-

Ускорителей протонов, использующихся для

ке ядра и элементарных частиц при низких (до

производства изотопов (в том числе и для меди-

∼10 МэВ/нуклон) и средних (10 МэВ-1 ГэВ)

цинских целей), и пучков нейтронов соответственно

энергиях. Целый ряд уникальных исследований в

1500 и 2000 единиц.

области взаимодействия частиц при сверхмалых

В 1984-2017 гг. российские научно-исследова-

расстояниях ведется на ускорителях высоких энер-

тельские институты и промышленные предприятия

гий с энергией выше 1 ГэВ [29, 30]. Ускорителей

создали около 515 ускорителей для осуществле-

с энергией частиц 1 ГэВ и выше в мире действу-

ния промышленных радиационно-технологических

ет порядка 110, в том числе в России — 10 (это

процессов [6, 7]. Электронные ускорители для

в основном источники синхротронного излучения

радиационно-технологических установок разрабо-

(СИ), ускорители на встречных пучках, протонные

таны на предприятиях: ИЯФ им. Г.И. Будкера

синхротроны).

СО РАН (Новосибирск); ФГУП “НПП “Торий”

(Москва); ФГУП “НИИЭФА им. Д.В. Ефремова”

Комплексов со встречными пучками в мире ра-

(Санкт-Петербург); ОАО МРТИ РАН (Москва);

ботает семь, причем, в нашей стране действует один

НИЯУ МИФИ (Москва); Институт сильноточной

такой комплекс в ИЯФ СО РАН.

электроники СО РАН (Томск); Институт элек-

В мире работает 83 источника СИ в 73 лабора-

трофизики УрО РАН (Екатеринбург); МГУ им.

ториях [30]. Страны, в которых больше всего таких

М.В. Ломоносова (НИИЯФ им. Д.В. Скобель-

центров — США (16), Япония (15), Германия (8).

цына); ФГУП “НПП “Исток” (Фрязино); ФГУП

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

431

РФЯЦ-ВНИИ экспериментальной физики (Са-

именно в сфере ионной имплантации, которая в на-

ров); ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ им. Е.И. Заба-

стоящее время играет значительную роль в разви-

бахина (Снежинск); ФГУП “Исследовательский

тии электроники (создание элементов радиосхем —

центр им. М.В. Келдыша” (Москва).

диодов, триодов, микросхем, печатных плат, ком-

пьютерных чипов), а также разработке новых ма-

В 2013 г. в нашей стране в радиационном про-

териалов, укреплении поверхностей металлов. Од-

изводстве на 50 предприятиях работало более 60

нако в России число используемых в этом направ-

ускорителей, осуществляя более 20 технологиче-

лении ускорителей значительно отстает от уровня

ских процессов [7, 8], в неразрушающем анализе —

развитых стран. Небольшое число имплантаторов

69, в электронно-лучевой сварке — 60, для про-

действует в наукоемких отраслях (авиационной,

изводства изотопов — более 10, для стерилизации

космической, оборонной промышленности и т.д.).

продуктов питания и медицинских изделий — 18

К 2015 г. на предприятия страны для неразру-

установок. В настоящее время их число примерно

шающего контроля было поставлено [36] 30 уско-

236, и это количество быстро растет.

рителей электронов с энергиями 6 и 10 МэВ произ-

Ускорители ионов с низкими энергиями от

водства ВНИИЭФА, позволяющих просвечивать

нескольких до 500 кэВ применяют в промышлен-

изделия толщиной до 600 мм в эквиваленте толщи-

ности для имплантации ионов при изготовлении

ны стали. Вместе с досмотровыми ускорительными

полупроводниковых материалов, микросхем, ком-

комплексами в России работает 69 ускорителей

пьютерных чипов.

(3.5% всех ускорителей в мире в этой области

Промышленные ускорители протонов с энер-

применения), что составляет 8% всех ускорителей

гиями 0.5-70 МэВ применяются в большинстве

у нас в стране.

случаев для получения пучков нейтронов, для опре-

Большие перспективы могут быть при исполь-

деления и изменения свойств материалов, дезакти-

зовании пучков протонов, электронов и узкона-

вации отработанного ядерного топлива, для про-

правленных пучков гамма-излучения для оборон-

изводства радиоактивных изотопов. Энергии про-

ных целей. Весьма перспективны в этих целях пуч-

мышленных ускорителей электронов составляют

ки фотонов, получаемые в лазерах на свободных

от 1 до 10 МэВ. Они применяются [2, 4, 6] для

электронах, пучки протонов, а также весьма экзо-

сшивания полимеров, поверхностной стерилиза-

тичные на сегодняшний день идеи использования

ции, радиационной обработки пищевых продуктов,

пучков нейтрино для осуществления дальней связи,

в радиационной экологии (очистки жидкостей и

например, через толщу воды или Земли. Первые

выбросных газов, твердых отходов, дезинфекции

такие эксперименты в Фермилаб на ускорителе

природной воды, сточных вод, канализационных

Main Injector были выполнены в 2012 г. в США

стоков), в неразрушающем анализе, включающем

[25, 26, 37, 38]. Достижение необходимого для обо-

обеспечение безопасности при перевозе веществ

ронных задач уровня мощности порядка мегаватт в

через границу [31].

лазерах на свободных электронах требует развития

двух основных разработок: мощной электронной

Кроме того, расширяется применение укорите-

пушки и инжектора непрерывного действия, кото-

лей в изготовлении биосовместимых материалов

рый может работать неделями.

[32]; а также технологиях по разогреву плазмы при

В радиационном производстве, особенно в

термоядерном синтезе.

наукоемких отраслях (космической, авиационной,

Излучение ускорителей применяется в радиа-

оборонной), осуществляется электронная сварка

ционном производстве для обработки материалов;

и резка различных материалов пучками низко-

модифицирования полимеров, упрочнения изоля-

энергетичных ускорителей электронов (электрон-

ции кабелей [33, 34]; вулканизации шин; отверде-

ными пушками) с энергиями 20-200 кэВ. При

ния покрытий, производства термоусаживающихся

этом пучками электронов мощностью до 250 кВт

изделий; обработки поверхностей и пленочных из-

свариваются легированные стали толщиной до

делий, отделки текстильных материалов; получения

150-200 мм. К 2017 г. более чем на 60 предприя-

нанопорошков [35]; в радиационно-термическом

тиях страны осуществлялась электронно-лучевая

крекинге нефти и во многих других процессах.

сварка, в том числе 17 комплексов работало на

В табл. 1 приведены некоторые наиболее рас-

оборонных предприятиях [39].

пространенные в нашей стране направления ради-

Для целей радиационного производства в моди-

ационных технологий с основными характеристи-

фикации и создании новых материалов, например,

ками применяемых для этих целей ускорителей, а

радиационно-сшитого пенополиэтилена, компани-

также их количество.

ей ООО “ПФК Техпрокомплект”, которое оснаще-

Ионная имплантация — одно из наиболее рас-

но ускорителем марки ЭЛВ-4, обработка пленок

пространенных промышленных применений уско-

и лент осуществляется пучком (мощностью 300-

рителей. В мире 26% всех ускорителей работают

350 кВт) с энергией 0.5-1.0 МэВ, а шин — с

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

432

ЧЕРНЯЕВ и др.

Таблица 1. Ускорители в радиационных технологиях России

Энергия,

Мощность,

Тип

Количество

№

Применение

Частица

МэВ

кВт, доза кГр

ускорителя

ускорителей

Имплантация ионов

ионы

— создание новых материалов

0.001-5

100 кВт

ВВУ

∼5

— интегральных схем

100 мА

Неразрушающий контроль

— дефектоскопия;

e-, γ, p

25-30

ЛУ, ВУ,

∼30

— анализ структуры материалов

микротроны

Безопасность и оборона

∼39

— досмотровые комплексы

γ,e^-,p

1.25, 2-10

Изотопы, ЛУ,

— оборона

γ,e^-

ЦУ

Электронно-лучевая сварка

0.02-0.2

1-3 кВт

ВВУ

∼60

(ЭЛС)

0.0003-1А

∼250

Радиационное производство:

e-, γ

0.5-5.0

300-350 кВт

ВВУ,

— обработка материалов;

e-, γ

0.02-0.2

ЭЛВ-2, -3,

ИЛУ-6,

— модифицирование полимеров;

<0.5

1-10 кВт

Пиксис

— отверждения покрытий;

0.3-5

1-25 кВт

Аврора

ЭЛВ-2, -3;

— радиационно-сшитый

0.3-5

100 кВт

ЭЛВ-2, -4, -6, -8

∼10

вспененный полиэтилен;

— модификация изоляции кабелей;

e-, γ

0.07-0.3

100 кВт

ЭЛВ-3, -6

— производство термоусажи-

0.5-3

300-350 кВт

ЭЛВ-3

вающихся изделий;

— обработка компонентов шин;

e-, γ

0.3-0.5

10 кВт

М-13,ТУР-3

ОНЕГА

— обработки поверхностей

до 0.5

100 кВт

и пленочных изделий;

— получение нанопорошков

0.2-2.5

100 кВт

УРТ-1, -0.5

Радиационная экология

— очистка сточных вод и

0.5-10

0.4-5 кГр

ЛУ

∼5

выбросных газов;

Стерилизация:

УЭЛВ-10-10;

УЭЛВ-10-10-1

— медицинских изделий;

e-, γ

1.25, 1-10

10-50 кГр

СТЕРУС-1;

ИЛУ-6, ИЛУ-10

— обработка продуктов питания

<25 кГр

У-003

Синус-200

Производство изотопов

p, n

4-70

∼1 мА

Цикл., ВВУ,

(в т. ч. ПЭТ)

ЛУ Реактор

Структуры Росатома и другие

предприятия

ВСЕГО

∼236

энергией 0.8-1.0 МэВ. В России обработка ком-

лее 90% шин проходят радиационную обработку.

понентов шин осуществляется лишь на нескольких

Радиационная модификация изоляции проводов и

предприятиях, а в США, Японии и Европе бо- термоусадочной оплетки для повышения тепло-

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

433

устойчивости проводов и кабелей очень широко

Таблица 2. Установки для радиационной стерилизации

распространена в ведущих странах мира. В России

продуктов питания в некоторых странах мира в 2015 г.

также увеличивается доля такой обработки, напри-

мер, на предприятии ОАО НП “Подольсккабель”

Ускорители

Гамма-установки

[34]. Мировой рынок этих технологий в 2014 г.

Страна

электронов

100 кКи-10 МКи

составил более 4 млрд долл.

200 кэВ-10 МэВ

Радиационные технологии успешно применяют-

США

>30

>500

ся для изменения цвета стеклянных изделий, драго-

ценных и полудрагоценных камней (например, то-

Япония

>300

паза, агата, нефрита, турмалина, циркона, жадеита,

Китай

>80

>140

кварца, берилла, скаполита, алмаза, жемчуга и др.)

Бразилия

>18

[40-43].

В атомной энергетике, которая производит

Индия

16.2% мировой электроэнергии, и ее доля постоян-

Россия

∼4

∼18

но растет, ускорители выполняют важную задачу

переработки отходов ядерного топлива с целью

Остальные

154

528

сокращения радиотоксичности и времени жизни

страны

отходов [44, 45]. Разрабатываются технологии,

позволяющие использовать пучки заряженных

частиц непосредственно при работе реактора, что

продукции при хранении, транспортировке, боль-

существенно может повысить надежность при

шим числом отравлений. Общее количество γ-

выработке атомной энергии.

источников и ускорителей, используемых для ра-

Весьма перспективным является использова-

диационной обработки продуктов питания, в по-

ние ускорителей для осуществления термоядерного

следние годы по данным МАГАТЭ соответственно

синтеза [46], радиационно-термического крекинга

составляет 300 и 1500 единиц [6]. В табл. 2 пред-

ставлено распределение радиационных установок

нефти, а также в радиационной экологии (очистка

для стерилизации по некоторым странам мира.

воды и газов [47-49], утилизация отходов). Здесь

Наибольшее количество ускорителей установлено

мировой рынок по оценкам экспертов к 2020 г.

в США (более 500) и Японии (более 300).

может достигнуть 200 млрд долл.

Использование ионизирующих излучений для

По заключению экспертов МАГАТЭ и ВОЗ

стерилизации и радиационной обработки сельско-

облучение любого пищевого продукта с общим

хозяйственной продукции заключается в том, что

средним уровнем дозы до 15 кГр не создает ни-

под действием ионизирующего излучения резко со-

какой токсикологической опасности. Обработка

кращается количество бактерий различных видов.

пучками электронов до уровня доз 20 кГр не вы-

Из 3000 видов микроорганизмов при дозе 10-

зывает вкусовых проблем, а также изменений в

40 крад погибает 75-85% видов, а при дозе более

биологическом состоянии облучаемых продуктов.

100 крад — практически 100% микроорганизмов.

Для радиационной обработки продуктов разреше-

К тому же воздействие происходит при комнатной

но применять γ-излучение⁶⁰Co (E = 1.25 МэВ) и

температуре, и не меняются ни вкусовые, ни био-

¹³⁷Cs (E = 0.66 МэВ) и ускорители электронов с

химические характеристики продукции.

энергией не более 10 МэВ.

В сельском хозяйстве источники гамма-излуче-

В 69 странах мира ионизирующим излучением к

ния (⁶⁰Со и¹³⁷Сs) и ускорители электронов с

2020 г. будет обрабатываться [58] более 488 тыс.

каждым годом применяются все шире [50-57] для

т пищевой продукции (более 80 видов пищевых

стерилизации продуктов, в радиационной генетике

продуктов), в том числе в Китае 200 тыс. т, в

и селекции, исследовании и обработке почв. Они

США — 103 тыс. т, в Юго-Восточной Азии —

эффективно уничтожают вредителей, увеличива-

75 тыс. т, в Европе — менее 10 тыс. т. Это, на-

ют срок хранения сельскохозяйственной продук-

пример, мясо (фарш), овощи, фрукты, какао, кофе,

ции, замедляют прорастание семян, овощей при

яйца, овсяные хлопья, пиво, консервы, приправы,

длительном хранении, осуществляют предпосев-

сгущенное молоко и т.д. Мировая стоимость услуг

ную стимуляцию для повышения урожайности. За

по облучению продуктов питания и сельскохозяй-

несколько последних десятилетий радиационная

ственной продукции составляла в 2016 г. ∼2.3 млрд

генетика позволила вывести более 200 видов новых

долл. Прогнозируется увеличение объема услуг по

растений.

облучению продуктов питания к 2020 г. до 1 млрд, а

Рост радиационной обработки продуктов пита-

к 2030 г. — до 10.9 млрд долл.

ния и сельскохозяйственной продукции обуслов-

лен расширением рынка потребления, потерями

Наибольшее количество центров радиационной

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

434

ЧЕРНЯЕВ и др.

обработки действует в США, Японии и Китае,

Таблица 3. Медицинские ускорители в ведущих странах

соответственно более 530, 308 и 220.

мира [63]

В России действует

центров радиацион-

ной обработки продуктов питания и стерилиза-

Количество

ции предметов медицинского назначения. В них

населения

НаселениеУскорители,

Страна

на один

страны,

количество

работает четыре гамма-установки и 18 ускори-

ускоритель,

млн чел.

единиц

телей электронов (три специализированных цен-

тыс. жителей

тра, а также порядка 15, размещенных в научно-

исследовательских учреждениях). Потенциально в

США

325.9

3610

нашей стране можно выйти на уровень облучения

Китай

1262

1371.0

1086

порядка 250 тыс. т сельскохозяйственной про-

дукции. Для этого необходимо построить 30-40

Япония

145

126.7

872

центров радиационной обработки. В этой области

Германия

157

82.2

523

разрабатываются проекты нескольких новых цен-

тров радиационной обработки продуктов питания.

Франция

138

70.0

504

Под радиационной стерилизацией понимают об-

Италия

134

60.6

452

лучение медицинских изделий одноразового при-

Великобритания

189

65.4

346

менения пучками ионизирующих излучений, а под

радиационной обработкой продуктов питания, рас-

Бразилия

704

205.7

292

тительного сырья — их облучение пучками ионизи-

Канада

126

35.4

279

рующих излучений (фотонов и электронов). Обыч-

ная стерилизация осуществляется при высокой

Испания

171

46.4

271

температуре. Однако таким образом нельзя сте-

Индия

4943

1310.0

265

рилизовать, например, лекарственные препараты.

Они могут при высокой температуре менять свои

Турция

333

79.8

239

свойства. Стерилизация ионизирующим излучени-

Австралия

220

ем не требует высоких температур, обладает вы-

сокой надежностью. Радиационная стерилизация

Россия

749

146.8

196^∗

медицинских изделий в последние годы применя-

ВСЕГО

9155

ется все чаще во многих странах мира. В на-

^∗ Количество ускорителей по данным МАГАТЭ выше приве-

стоящее время таким способом стерилизуется бо-

денных в обзоре, поскольку включены ускорители, находящи-

лее 50% медицинских изделий одноразового ис-

еся в состоянии установки и наладки.

пользования: шприцы, иглы, приборы для забора

крови, хирургические принадлежности, импланти-

руемые материалы, а также упакованные в тару

количество ускорителей лишь в последние годы

вата, бинты, медицинские упаковки, многие виды

превысило количество кобальтовых установок.

лекарственных препаратов и т.д. Также осуществ-

Установок для брахитерапии в России — 183,

ляется радиационная стерилизация крови (системы

рентгенотерапевтических аппаратов — 514, систем

переливания и взятия крови, мешки для хранения

дозиметрического планирования — 343. В лучевой

крови). Таких центров, как и действующих в них

диагностике на 2013 г. работает 1104 компью-

ускорителей, примерно половина (девять центров и

терных, 573 МРТ-томографов, 26 177 — приборов

девять ускорителей).

УЗИ. Структура лучевых исследований выгля-

В современной медицине используется почти

дит так: УЗИ — 41%, рентген — 32%, флюорогра-

треть всех действующих в мире ускорителей для

фия — 24%, МРТ — 1%, КТ — 2% [64].

лечения онкологических заболеваний и диагности-

ки [58-62]. Всего медицинские ускорители исполь-

Только в Москве в 19 медицинских учреждениях

зуются в 117 странах мира. В 14 ведущих странах

действует 38 ускорителей, в том числе работа-

работает 9155 медицинских ускорителей (табл. 3),

ют или устанавливаются пять стереотаксических

причем Россия занимает 13 место.

установок “кибернож”. Это соответствует пример-

но одному ускорителю на 380 тыс. населения, что

В России работает или устанавливается около

в 3 раза лучше, чем в среднем по стране, но в 2-3

370 установок для дистанционной лучевой терапии:

раза хуже, чем в ведущих странах мира.

181 ускоритель электронов, четыре центра протон-

ной терапии (еще два в настоящий момент нахо-

Чтобы достигнуть среднеевропейской оснащен-

дятся в процессе строительства), девять стерео-

ности клиник медицинскими ускорителями, их чис-

таксических установок “кибернож”; 173 источника

ло необходимо увеличить как минимум в 6 раз.

γ-излучения⁶⁰Со и пять гамма-ножей [8]. Причем

За период 2000-2013 гг. фирмами Varian, Elekta и

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

435

Siemens в разные города России в рамках государ-

Темпы развития использования радионуклидов в

ственных и частных контрактов было поставлено

медицине столь велики, что в США в 2014 г. до-

и установлено около 120 ускорителей. В нашей

ход рынка радиофармпрепаратов (РФП), исполь-

стране последние годы ведется разработка оте-

зуемых в диагностике и терапии, составил более

чественного медицинского линейного ускорителя

8 млрд долл.

с энергией 6 МэВ совместно подразделениями

Росатома, предприятия “Торий”, онкологического

В настоящее время для медицины производится

института им. П.А. Герцена и НИИЯФ МГУ.

более 45 видов радионуклидов, в том числе в ди-

агностических целях используется около 27 видов

радионуклидов, в терапевтических целях — около

3. РАДИОИЗОТОПНЫЕ ИСТОЧНИКИ

37. Группу радионуклидов, получаемых генератор-

ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ным методом, образующихся при распаде β⁺ и β^-,

Большое значение приобрели радиационные

а также в результате электронного захвата и изо-

технологии с использованием радиоактивных

мерных переходов, составляют 20 радионуклидов.

изотопов [63, 65-68]. Из более 3000 известных

в настоящее время изотопов, в том числе 271

Установки, действующие на основе радионук-

стабильного изотопа, в мировом хозяйстве может

лидов, составляют примерно 27 тыс. единиц или

использоваться примерно

300

видов нуклидов.

около 24.5% от общего числа высокотехнологичной

На практике используется примерно 100 радио-

медицинской техники (∼110 тыс. единиц). При

активных изотопов. Общее количество приборов,

этом основная доля этого оборудования исполь-

устройств, элементов на основе радиоактивных

изотопов делится примерно на две равные части

зуется в радионуклидной диагностике — 23 тыс.

между промышленностью и медициной.

единиц (85%), а в дистанционной и контактной

Ядерная медицина включает в себя радионук-

лучевой терапии немного менее 15%.

лидную диагностику и терапию. Только для меди-

цинских целей в 2010 г. объем рынка радиоизотоп-

В России из всех существующих радионуклид-

ной продукции составлял 22 млрд долл., а к 2020 г.

ных источников, приборов и установок в медицин-

он может вырасти до 60 млрд долл. По оценкам

ских учреждениях применяется около 1500 [8], в

экспертов рост мирового рынка продукции и услуг

учебно-научных учреждениях — ∼7500, а осталь-

ядерной медицины в целом в 2015 г. составил

ные используются в народном хозяйстве. Число

84 млрд долл., а в 2020 г. может достичь 315 млрд

установок в России, использующих радиоактивные

долл. Общий объем рынка изотопной продукции в

изотопы как для дистанционной и контактной луче-

настоящее время приближается к 170 млрд долл., а

вой терапии, так и для диагностики, составляют со-

в 2020 г. может превысить 600 млрд долл. [69]. Тем-

ответственно 306 и 272 единицы. В лучевой терапии

пы ежегодного прироста общего объема изотопной

это 173 установки дистанционной лучевой терапии

продукции последнее десятилетие превышают 35%.

⁶⁰Со, 128 установок для контактной лучевой те-

В мире для производства изотопов используют-

рапии (брахитерапии), пять γ-ножей. В радионук-

ся 1500 ускорителей [6] (в основном циклотронов

лидной терапии действует четыре центра (46 коек).

и небольшого числа высоковольтных ускорителей),

В радионуклидной диагностике успешно использу-

причем их число для производства радиоактивных

ются 282 ОФЭКТ-сканера, 54 ПЭТ-сканеров, ра-

изотопов (в промышленных целях около ∼700, а

ботает пять центров радионуклидной диагностики.

для медицины — ∼800) с каждым годом неуклонно

При потенциальной потребности в радионуклидной

растет.

терапии (РНТ) в России пролечивать 50 тыс. онко-

Основными источниками получения радионук-

логических больных, пролечивается только 2 тыс.

лидов медицинского назначения являются реак-

торы и ускорители заряженных частиц — цикло-

троны с энергией 4-70 МэВ. Они производят в

В мире производится 200 наименований ра-

зависимости от энергии от четырех изотопов (для

диофармацевтических препаратов. Это позволяет

ПЭТ диагностики) до 50. На ускорителях с энер-

проводить 13 млн процедур, 100 млн лабораторных

гией выше 30-40 МэВ для исследовательских за-

тестов, 50 тыс. терапевтических доз. Производство

дач производят долгоживущие изотопы, например,

РФП в США к 2020 г. может приносить доход

²⁰¹Tl,¹²³I,⁶⁷Ga,¹⁰³Pd.

более 20 млрд долл. В России используется 22

Для производства изотопов используется более

РФП и 6 видов РФП для ПЭТ. Для достижения

230 исследовательских реакторов в 56 странах-

европейского уровня РНД необходимо создать 260

членах МАГАТЭ. Так, например, в США только

отделений, 100 ПЭТ-центров, в РНП — 23 отделе-

в ПЭТ-центрах действует более 200 циклотронов.

ния на 245 мест [69].

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

436

ЧЕРНЯЕВ и др.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ — ТЕНДЕНЦИИ

также создания производств сложного рентгенов-

РАЗВИТИЯ РАДИАЦИОННЫХ

ского оборудования, например, КТ, совмещенных

ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ

систем КТ/МРТ, КТ/ОФЭКТ, которые позволяют

одновременно визуализировать и анализировать

В нашей стране радиационные технологии раз-

функциональные и морфологические характери-

виваются почти 120 лет. И многие идеи, технологии

стики тканей и органов.

и приборы рождались в России.

В нашей стране одним из наиболее развитых

В девяностые годы прошлого столетия страна

направлений радиационных технологий является

утратила многие передовые технологии, а парк

неразрушающий анализ. Здесь широко исполь-

техники, использующийся в науке, народном хо-

зуется и рентгеновская техника, и ускорители, и

зяйстве и медицине, существенно устарел. Но в

радиоактивные источники.

настоящее время происходит возрождение отрас-

В промышленности развито использование

ли. В этом процессе участвует множество учеб-

электронно-лучевой сварки, получение радиоак-

ных, научных и коммерческих организаций при

тивных изотопов, в меньшей степени радиационная

активной поддержке со стороны государства. Ана-

обработка различных полимерных изделий, сте-

лиз сложившейся ситуации показывает следую-

рилизация медицинских изделий и радиационная

щее. Общее количество радиационных установок

обработка сельскохозяйственной продукции. Ис-

в народном хозяйстве страны растет на 5-7%

пользование радиационных технологий в других

ежегодно, лишь незначительно отклоняясь отно-

отраслях носит в основном характер отдельных

сительно 150 тыс. единиц. Из них рентгеновские

проектов. Для развития отечественной микроэлек-

приборы составляют 40-43%, приборы и техника,

троники необходимо существенно усилить внед-

отдельные источники, использующие радиоактив-

рение радиационных технологий. В этой отрасли

ные изотопы, 51-54%. Часть этой техники меня-

наша страна существенно отстает от ведущих стран

ется на новую и более совершенную. В целом она

мира.

(за исключением реакторов и некоторых сложных

Основным инструментом промышленных ради-

приборов) относительно недорога и проста в экс-

ационных высоких технологий являются ускори-

плуатации. Особое положение занимают ускорите-

тели. Распределение ускорителей в отраслях на-

ли, позволяющие значительно продвинуть высокие

родного хозяйства России значительно отличается

технологии в различные области хозяйства наше-

от мирового. Так, в медицине задействовано 37%,

го государства. Анализируя их роль в народно-

хозяйственных технологиях, необходимо отметить

11% работает в научных и учебных заведениях,

следующее.

а в народном хозяйстве лишь 52%. Это суще-

ственно отличается от распределения ускорителей

В фундаментальной науке общее количество

в ведущих странах мира. Для приближения к это-

ускорителей меняется незначительно. Происходит

му уровню количество ускорителей, работающих

их модернизация. Предпочтительными становят-

в медицине, необходимо увеличить примерно в 5

ся международные проекты, которые экономиче-

раз — до 870 единиц. Это приближается к уровню

ски трудны для отдельных стран, например, БАК

в развитых странах Европы — один ускоритель на

или управляемый термоядерный синтез. У нас та-

100-140 тыс. жителей, т.е. при таком увеличении

кой международный проект “Ника” реализуется в

в России будет приходиться один ускоритель на

ОИЯИ (Дубна). К важнейшим фундаментальным

167 тыс. жителей.

исследованиям XXI в. относятся поиск новых ме-

тодов, позволяющих увеличить темп увеличения

В мировом хозяйстве в целом используется

энергии (выше 100 МэВ/м), уменьшение размеров

ускорителей примерно в 2 раза больше, чем в ме-

ускорителей: создание ускорителей на “холодных

дицине. В России ускорителей в народном хозяй-

стве должно быть по среднеевропейским меркам

магнитах” и с “холодными ускоряющими структу-

примерно 1700. Чтобы соответствовать мировому

рами”, создание источников синхротронного излу-

уровню, число ускорителей в народном хозяйстве

чения четвертого поколения и лазеров на свобод-

России должно быть увеличено в 7 раз.

ных электронах. Развивается разработка пучковых

технологий для оборонных целей.

В промышленности у нас 936 γ-установок,

а вместе с ускорителями — 1181 γ-излучатель.

Рентгеновская и изотопная техника в науке в

значительной степени используется для решения

С учетом этого факта число радиационных уста-

прикладных задач и отработки новых технологий

новок в промышленности должно вырасти в 2-4

для народного хозяйства. В народном хозяйстве

раза, но при этом часть γ-установок должна быть

заменена на ускорители.

количество рентгеновской техники вполне соответ-

ствует международному уровню. Одна из важней-

Таким образом, чтобы соответствовать мирово-

ших задач — увеличение доли собственного рент-

му распределению ускорителей по основным от-

геновского оборудования на внутреннем рынке, а

раслям мировой экономики, у нас должно быть

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

437

Таблица 4. Структура использования медицинской тех-

примерно 40% единиц техники, причем в основном

ники

дешевой. Высокотехнологическое оборудование

поступает в большей степени из-за рубежа. От-

Оснащение

сутствует производство томографов (КТ, МРТ,

КТ МРТ РНД УЗИРентгено-Флюоро-

техникой, %

скопия графия

ПЭТ). По прогнозам экспертов только объем

закупок компьютерных томографов в

2018

г.

Англия

10.0

6.0

2.0

22.0

3.0

превысит 550 млн долл. Не ведутся у нас раз-

Россия

1.9

0.6

0.7

39.9

1.4

42.8

работки совмещенных диагностических систем

ПЭТ/КТ, ОФЭКТ/КТ, ПЭТ/МРТ. В ведущих

странах реализуются исследовательские проекты,

∼870 ускорителей в медицине, ∼1700 ускорителей

позволяющие совмещать в “реальном времени”

в народном хозяйстве и ∼60-70 в фундаменталь-

лучевую терапию и диагностику, как это происхо-

ной науке. Всего у нас должно быть примерно 2630

дит в томотерапии. Такие работы без поддержки

ускорителей, то есть в ∼5.5 раз больше, чем сейчас.

государства осуществить трудно.

В целом по объему используемой рентгенов-

ской техники мы сравнимы со странами Европы.

В ядерной медицине исключительно важной за-

В лучевой диагностике в России (этот термин яв-

дачей остается проведение полного цикла работ

ляется синонимом общепринятого в нашей стране

по производству радиоизотопов медицинского на-

названия этой специальности “рентгенология”) за

значения и радиофармпрепаратов в России без

последние 10 лет ситуация существенно измени-

участия зарубежных фирм на конечном этапе со-

лась: расширился парк современной аппаратуры

здания продукта. Только в этом случае мы займем

для лучевой диагностики, увеличилось число циф-

передовые позиции в создании нового поколения

ровых рентгеновских аппаратов и маммографов,

РФП (био-РФП) для терапии и диагностики [69].

магнитно-резонансных и компьютерных томогра-

Представляется важным развитие собственных

фов (МРТ и КТ), γ-камер и позитронных эмисси-

идей для создания высокотехнологичной техники.

онных томографов (ПЭТ). Ее цель — использова-

Для выхода на передовые позиции в развитии

ние всего потенциала достижений физики и меди-

лучевой терапии необходимо интенсифицировать

цинской техники нового поколения для быстрой и

работы по созданию линейных ускорителей и цик-

точной диагностики.

лотронов, использующих сверхпроводящие высо-

В рентгенологии активно ведутся исследова-

кочастотные резонаторы с целью увеличения темпа

тельские работы по молекулярной диагностике

ускорения частиц, а также по разработке микро-

(molecular imaging), когда становится возможным

ускорителей. Уменьшение размеров медицинских

очень раннее выявление болезней на основе

ускорителей для протонной и ионной терапии сде-

обнаружения “больных” клеток или молекул. Они

лает их более конкурентными с ускорителями элек-

реализуются с помощью радионуклидных методов,

тронов.

таких как однофотонная эмиссионная компью-

терная томография (ОФЭКТ) и позитронно-

эмиссионная томография, новейшие методики

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

МРТ, особенно в комбинированных системах

1. Ю. С. Рябухин, А. В. Шальнов, Ускоренные пучки

ПЭТ/КТ, ОФЭКТ/КТ, ПЭТ/МРТ.

и их применение (Атомиздат, Москва, 1980).

Необходимо развивать такие передовые рабо-

2. R. W. Hamm, Rev. Accelerator Sci. Techn. 1, 163

ты, как, например, в Пекинском университете, где

(2008).

группа исследователей приступила к реализации

3. А. С. Алимов, Препринт № 2011-13/877, НИИЯФ

проекта по разработке универсальной диагности-

МГУ (Москва, 2011).

ческой установки, совмещающей в себе четыре

4. А. К. Пикаев, Успехи химии 64, 609 (1995) [Russ.

вида томограмм: КТ, ПЭТ, ОФЭКТ и ФМТ (флю-

Chem. Rev. 64, 569 (1995)].

оресцентную молекулярную томографию) [69].

5. А. П. Черняев, Ускорители в современном мире

Задачей физиков остается поиск методов ви-

(Изд-во МГУ, Москва, 2012).

зуализации, основанных на принципиально новых

6. Н. С. Андреева, А. А. Брязгин, С. В. Будник,

физических принципах. В России необходимо со-

Н. В. Марков, Н. Б. Мильман, И. М. Михеева,

кратить отставание от ведущих стран в оснащении

А. А. Молин, С. М. Полозов, А. Д. Фертман,

медицинской техникой и разнообразии радиоло-

В. И. Шведунов, Радиационные технологии:

гических процедур. Сравнение структуры исполь-

взгляд из России (Ассоциация РадТех, Москва,

зования медицинской техники у нас и в Англии

2015).

представлено в табл. 4.

7. Ю. С. Павлов, Российские электронно-лучевые

В России собственное производство всего

технологии в 2013 году (ИФХЭ РАН, Москва,

спектра рентгеновского оборудования составляет

2013).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

438

ЧЕРНЯЕВ и др.

Результаты радиационно-гигиенической пас-

34.

А. В. Бублей, М. Э. Вейс, Н. К. Куксанов,

портизации в субъектах Российской Федера-

В. Е. Долгополов, А. В. Лаврухин, П. И. Немы-

ции за 2016 г. (Радиационно-гигиенический

тов, Р. А. Салимов, Н. И. Громов, В. Г. Ванькин,

паспорт Российской Федерации) (Федеральный

А. И. Ройх, С. П. Лыщиков, М. Н. Степанов, Наука

центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора,

и техника, № 4 (287), 16 (2004).

Москва, 2017).

35.

S. P. Bardakhanov, A. I. Korchagin, N. K. Kuksanov,

Развитие рентгенотехники в России,

A. V. Lavrukhin, R. А. Salimov, S. N. Fadeev,

https://trauma.ru/content/articles/detail.php?

V. V. Cherepkov, and M. E. Veis, Probl. At. Sci.

ELEMENT_ID=20420

Techn., no. 5, 165 (2008).

10.

А. Б. Блинов, Н. Н. Блинов, В. Л. Ярославский,

36.

http://www.niiefa.spb.su/site/left/accelerat/

Радиология-практика 1, 51 (2010).

electrons/defectoscop/?lang=ru

11.

Публичный годовой отчет Корпорации Роса-

37.

https://arxiv.org/abs/1203.2847v2

том (Москва, 2011).

38.

http://www.dailytechinfo.org/np/3428-proizvedena-

12.

В. Е. Синицын, Частная практика 1, 32 (2013).

pervaya-uspeshnaya-popytka-peredachi-informacii-

13.

И. Г. Камышанская, В. М. Черемисин, Е. С. Питель,

s-pomoschyu-neytrinnogo-lucha.html

А. Б. Садуакасова, Клиническая медицина Казах-

39.

Технологии и оборудование электронно-

стана 2 (21), 17 (2011).

лучевой сварки-2008: материалы I Санкт-

14.

Н. Н. Блинов, А. И. Мазуров, Медицинская техни-

Петербургской Международной научно-

ка, № 5, 1 (2012).

технической

конференции

(ВиТ-Принт,

15.

Н. Н. Блинов, А. Н. Гуржиев, Н. Е. Станкевич,

Санкт-Петербург, 2008).

Менеджер здравоохранения 8, 59 (2004).

40.

Е. В. Колонцова, УФН 151, 149 (1987) [Sov. Phys.

16.

С. К. Терновой, В. Е. Синицын, https://roson-

Usp. 30, 64 (1987)].

coweb.ru/library/radiodiagnostics/002.php

41.

Y. Song and X. Yuan, J. Geogr. Geol. 1(2), 13 (2009).

17.

И. А. Шапошникова, К. В. Шапошников, Молодой

ученый, № 23, 680 (2015).

42.

http://www.webois.org.ua/jewellery/stones/

18.

Е. Г. Комар, Вестн. АН СССР 43 (12), 23 (1973).

katalog-topaz.htm

19.

L. Rosen, CERN Courier 11, 159 (1971).

43.

http://geo.web.ru/druza/m-topz_6_2639_zon.JPG

20.

Craig S. Nunan, Present and Future Applications of

44.

Т. Валеев, Совершенно секретно, № 6 (395) (2017).

Industrial Accelerators (1989).

45.

А. А. Воронин, А. М. Воронин, Вестн. НИА РК 1,

21.

U. Amaldi, Accelerators for Medical Applications

153 (2003).

(Tero Foundation, CERN, 1994).

46.

Л. Жиляков, Наука и жизнь, № 1, 10 (2000).

22.

W. Scharf and W. Wieszczycka, in Proceedings of the

47.

Н. Яверт, Бюллетень МАГАТЭ, № 9, 12 (2015).

15th International Conference on the Applications

48.

А. В. Егоркин, А. В. Зыкин, Безопасность окружа-

of Accelerators in Research and Industry, Denton,

ющей среды, № 1, 47 (2008).

TX, USA, 1998 (AIP, 1999), p. 949.

49.

https://sib.fm/news/2015/04/23/promyshlennye-

23.

U. Amaldi, in Proceeding of EPAC 2000, Vienna,

uskoriteli-chastic-dlja-ochistki-stochnykh-vod

2000 (CERN, 2001), p. 3.

50.

Общий стандарт на пищевые продукты, обра-

24.

Robert W. Hamm, Accelerators and Instru-

ботанные проникающим излучением, CODEX

mentation for Industrial Applications (CEO&

STAN 106-1983, REV.1-2003

President, R&M Technical Enterprises, 2008).

51.

А. А. Молин, Тр. Междунар. форума “Атом-

25.

Accelerators for America’s Future (US DOE,

экспо

2012”, Москва,

июня

2012,

Washington, 2010).

http://2012.atomexpo.ru/

26.

N. Holtkamp, Interim Report to HEPAP (2012).

52.

Р. М. Алексахин, Н. И. Санжарова, Г. В. Козьмин,

27.

А. П. Черняев, С. М. Варзарь, ЯФ 77, 1266 (2014)

А. Н. Павлов, С. А. Гераськин, Вестник РАЕН 14,

[Phys. At. Nucl. 77, 1203 (2014)].

78 (2014).

28.

R. Hamm, in Proceedings of the IPAC-13

53.

Г. В. Козьмин, С. А. Гераськин, Н. И. Санжарова,

(Shanghai, 2013), p. 2100.

Радиационные технологии в сельском хозяй-

29.

http://ptcog.web.psi.ch/ptcentres.html

стве и пищевой промышленности (Информпо-

30.

Радиационно-гигиенический паспорт РФ

лиграф, Москва-Обнинск, 2015).

(ФЦГЭ Роспотребнадзора, Москва, 2013).

54.

И. В. Полякова, В. О. Кобялко, В. Я. Саруханов,

31.

С. А. Огородников, С. В. Симочко, Ю. В. Малы-

Г. В. Козьмин, Н. И. Санжарова, И. Н. Лыков,

шенко, Таможенная политика России на Дальнем

Востоке, № 1(66), 70 (2014).

Радиация и риск 24(4), 43 (2015).

32.

A. Dziedzic-Goclawska, A. Kaminski, I. Uhry-

55.

Trends in Radiation Sterilization of Health Care

nowska-Tyszkiewicz, J. Michalik, and W. Sta-

Products (IAEA, Vienna, 2008).

chowicz, in Trends in Radiation Sterilization of

56.

И. Н. Михеева, Радиационные технологии

Health Care Products (IAEA, Vienna, 2008), p. 231.

(НИЯУ МИФИ, Москва, 2016).

33.

П. В. Аксамирский, Н. К. Куксанов, А. Б. Машнин,

57.

Т. Голикова, Проект доклада Министра здра-

П. И. Немытов, Р. А. Салимов, Электротехника 7,

воохранения и социального развития РФ по

46 (1997).

развитию ядерной медицины на заседании

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

439

Комиссии по модернизации и технологиче-

64. В. Н. Корсунский, Г. Е. Кодина, А. Б. Брускин,

скому развитию при Президенте РФ, http:

Атомная стратегия, № 31, 4 (2007).

//www.minzdravsoc.ru/health/high-tech/35

65. Б. Г. Ершов, Вестн. РАН 83, 885 (2013).

58.

В. А. Костылев, Б. Я. Наркевич, Медицинская

66. А. Родионова, Д. Шубина, Vademecum 3, 19 (2018).

физика (Изд-во Медицина, Москва, 2008).

67. В. Н. Корсунский, Г. Е. Кодина, А. Б. Брус-

59.

А. П. Черняев, ЭЧАЯ 43, 500 (2012) [Phys. Part.

кин, Российское Общество Ядерной Меди-

Nucl. 43, 262 (2012)].

цины

- Ядерная медицина. Современное

60.

Статус и перспективы развития ядерной ме-

дицины и лучевой терапии в России на фоне

состояние и перспективы развития; http://

мировых тенденций, Доклад общественной па-

www.nuclearmedicine.ru/index.php/analitika/

латы РФ (Москва, 2008).

2010-03-22-20-08-39/85-2010-07-09-11-41-11

61.

МАГАТЭ. Распределение ускорителей по странам

68. В. В. Уйба, Доклад “Ядерная Медицина — про-

мира.

ект будущего” (ФМБА, 2012).

62.

И. Е. Тюрин, Вестн. рентгенологии и радиологии

69. Д. А. Ковалевич, Радиационные технологии

98(4), 219 (2017).

63.

С. Романова, Ремедиум, № 6, 8 (2013).

(Ядерный кластер Фонда “Сколково”, 2012).

PROSPECTS OF RADIATION TECHNOLOGIES

DEVELOPMENT IN RUSSIA

A. P. Chernyaev, S. M. Varzar, A. V. Belousov, M. V. Zheltonozhskaya, E. N. Lykova

Faculty of Physics Lomonosov Moscow State University, Russia

The review describes the role of radiation technologies in world economy: fundamental science, industry,

agriculture and medicine. The radiation technologies development in world and in Russia is compared.

Total number of ionizing radiation sources in the world is approximately 11 million units, most of them are

radioactive sources (∼6-7 million units) and X-ray units (∼4 million units). The number of high-tech

installations (such as accelerators, various types of tomographs and others) using ionizing radiation

does not exceed 200 thousand units. More than 153 thousand units of such devices and installations

are in Russia. There are ∼64700 units including instruments, facilities and complexes using X-rays,

∼79700 radioisotope instruments and installations, reactors, radioactive waste storage facilities and ∼471

accelerators. The article discusses prospects for radiation technologies development in Russia. The state

of high technologies in the Russia national economy and in the world are compared. The most promising

directions for radiation technologies development in Russia are analyzed strategically and economically.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№5

2019