INTERVIU: Cum va face lumină Laserul de la Măgurele în tratamentul cancerului şi deşeurile radioactive

Sound of Science i-a avut ca invitaţi în cea de-a patra ediţie specială pe Ovidiu Teşileanu şi Dan Filipescu, cercetători la Institutul Naţional de Fizică şi Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”. Ei sunt implicaţi în cel mai vast proiect de cercetare din istoria României: proiectul ELI-NP (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics), adică cel mai puternic laser din lume.

În premieră mondială, aici se va realiza intersectarea de fascicule laser cu fascicule provenind din radiaţii gamma. Beneficiile aduse ştiinţei vor avea aplicabilitate în medicină, întrucât laserele de mare putere vor putea anihila tumori canceroase evitând efectele secundare generate de terapiile actuale. Pe de altă parte, cu ajutorul laserelor de mare putere s-ar putea elimina mult mai rapid deşeurile radioactive – izotopii cu viaţă de milioane de ani s-ar transforma în izotopi cu viaţă de ore sau zile.

Ovidiu Teşileanu este cercetător în fizică, mai exact în astrofizică – studiază cum s-au format elementele, de ce sunt în proporţiile în care sunt astăzi, cum au evoluat.

Dan Filipescu studiază reacţiile nucleare induse de fascicule gamma şi se va ocupa de sursa de radiaţii gamma ce va fi instalată la ELI-NP. În particular, se ocupă de reacţii fotoneutronice.

Sorin Badea: Aş vrea să încep cu un citat. Am descoperit eu pe internet că scria aşa: „Sistemul de fascicule gamma de mare intensitate este format dintr-un accelerator de electroni de 700 de milioane de electroni-volţi şi un laser de foarte mare frecvenţă. Din interacţiunea acestor două componente, vor rezulta razele de fascicul gamma.” Hai să traducem asta pentru oamenii obişnuiţi. Ce se întâmplă acolo?

Dan Filipescu: În acei 700 de milioane de electroni-volţi stă energia electronilor. Adică ei sunt acceleraţi la viteze foarte apropiate de viteza luminii şi, după aceea, ei întâlnesc nişte fotoni. Fotonii sunt particulele de lumină de la laser. Laserul produce aceşti fotoni şi îi trimite într-o coliziune aproape la 180 de grade în direcţia opusă fasciculului de electroni. Ce se întâmplă acolo este un fenomen care poate fi descris în termeni mai intuitivi, aşa, o ciocnire între ceva foarte greu, care sunt electronii, şi ceva foarte uşor, care sunt fotonii. E ca şi cum o maşină s-ar ciocni cu o minge de ping-pong.

Energia fotonilor este foarte mică. De fapt, asta e o descriere intuitivă. E un laser verde.

Sorin Badea: Deci e verde, e important. Eu credeam că e roşu.

Petru Stratulat: Ce face laserul verde? De ce nu e roşu?

Ovidiu Teşileanu: Pentru că lumina verde are energie mai mare decât cea roşie. Şi pentru că noi vrem să creăm variaţii de energie cât mai mare, trebuie să pornim de la ceva mare.

Petru Stratulat: Care este laserul cel mai puternic? Mă refer la culoare.

Dan Filipescu: Din ce ştiu eu, laserul cu energiile cele mai mari se află în Japonia şi e obţinut prin ondulaţia electronilor acceleraţi.

Ovidiu Teşileanu: Noi obţinem energii cu mult mai mari; deci acele radiaţii gamma au o energie de sute, dacă nu de 1000 de ori mai mare, dar nu mai oscilează în fază. Condiţia ca un ansamblu de fotoni să fie laser e ca ei să oscileze în fază. Deci laserul verde pe care îl operăm noi oscilează în fază. La ELI-NP, ce obţinem după accelerare va creşte în energie, dar pierde în sincronizare. Deci lumina devine invizibilă după acest proiect. Îi creşte energia foarte mult, peste domeniul în care poate fi văzută cu ochiul liber.

Petru Stratulat: Am înţeles. Într-un fel…

Progresul ştiinţei: Hadronoterapia

Sorin Badea: La ce, şi mai ales cui va folosi Laserul de la Măgurele?

Dan Filipescu: Păi, în primul rând va folosi ştiinţei. Motivul de bază pentru care se face această infrastructură este progresul ştiinţific. Care, aşa cum istoria a dovedit-o de mai multe ori până acum, produce în timp şi tot felul de chestii cu aplicaţie în societate si în viaţa de zi cu zi.

Ovidiu Teşileanu: Avem propuse şi experimente care ţin de aplicaţii, adică nu doar să vedem ce secţiune eficace are o anumită reacţie nucleară care este importantă apoi pentru evoluţia universului ci şi chestii cum ar fi acceleratori mult mai compacţi pentru utilizări medicale. Pentru hadronoterapie, de exemplu.

Petru Stratulat: Ce este hadronoterapia?

Dan Filipescu: Este cea mai avansată metodă de terapie. Spre exemplu, aţi auzit probabil de cobalto-terapie. Deci avem o sursă radioactivă, care emite radiaţii gamma. Problema cu radiaţiile gamma e că ele sunt foarte penetrante, deci dacă eu vreau să iradiez localizat o tumoră, iradiez practic tot corpul dinainte şi de după acea tumoră. Un şir continuu în care radiaţia gamma îşi lasă cumva în mod egal energia şi în ţesutul sănătos, şi în ţesutul bolnav.

Hadronoterapia – terapia cu hadroni – este terapie cu nucleele atomilor, protoni şi neutroni care se adună la un loc şi formează nucleul. Se formează din cauză că interacţionează tare, şi particulele care interacţionează cu cele patru interacţii cunoscute de om – gravitaţional, electromagnetic, slab şi tare – se numesc hadroni. Şi de aceea îi spunem hadronoterapie.

Practic, e terapie cu ioni grei, cu nuclee ale atomilor. Avantajul lor e că îşi lasă energia cumva selectiv, în momentul în care intră în orice material, inclusiv în corpul uman, nu îşi lasă energia în prima parte, când au energie mare, îşi lasă numai pe final. I se spune curba Bragg. Şi medicii, pe baza a ceea ce au calculat oamenii de ştiinţă, calculează energia hadronului în funcţie de adâncimea la care se află tumora, astfel încât, atunci când trimiţi acest fascicul de ioni grei, ei îşi vor lăsa energia în tumoră în mare parte şi nu vor afecta restul de ţesut sănătos. Deci e o metodă foarte bună pentru a trata cancerul, de exemplu.

Problema care e: trebuie să facem un accelerator în care obţii aceşti ioni, care este extrem de scump, şi numai în ţările foarte foarte dezvoltate – Japonia, Austria – se pot aplica astfel de tratamente. Şi noi avem ocazia la ELI-NP să creăm astfel de fascicule şi astfel de acceleratori care pot intra într-o cameră, mult mai ieftine… Schimbăm complet principiul de accelerare. Ne bazăm pe faptul că fizica acceleratorilor nu prea a evoluat de când au fost creaţi primii. Practic, tehnologia nu a evoluat aproape deloc.

Practic, noi ca să obţinem aceste fascicule de electroni, trebuie să mărim acceleratorul, şi cea mai bună dovadă e acceleratorul de la CERN. Pentru a ajunge la acele energii, foarte foarte mari, au trebuit să facă un accelerator enorm, care are zeci de kilometri diametru. Şi, automat, preţurile nu prea au variat – cu cât faci acceleratorul mai mare, cu atât costă mai mult.

În acest timp, domeniul laserelor a fost foarte dinamic. Spre exemplu, un laser pe care-l găsim acum în piaţă cu zece lei, sau mai ieftin, la momentul inventării lui costa mult mai mult. Ideea este că, dacă tehnologia în domeniul laserelor va evolua în acelaşi ritm, preţul laserelor de mare putere va scădea.

Iar noi încercăm să demonstrăm că putem să accelerăm particule cu laser de mare putere şi să evităm folosirea acceleratorilor clasici. Ăsta e unul dintre scopurile proiectului ELI-NP.

Petru Stratulat: Or să aibă ceva de spus cei de la CERN… După ce au construit atâţia ani şi cu atâtea fonduri…

Ovidiu Teşileanu: Cei de la CERN sunt într-un fel invidioşi, dar să ştiţi că comunitatea are în vedere şi e foarte atentă la domeniul nostru – accelerarea particulelor cu lasere de mare putere. Ei sunt foarte interesaţi. Suntem din domenii diferite.

Dan Filipescu: Şi acesta e un domeniu de cercetare, deci nu putem să spunem că imediat ce dăm în funcţiune ELI-NP, gata, vom avea rezultate. Vor trece nişte ani până când parametrii acestor fascicule accelerate cu laser vor ajunge de aşa natură încât să poată fi folosiţi.

Ovidiu Teşileanu: Deci are timp şi CERN-ul să mai producă…

Sorin Badea: Unde vedeţi că s-ar putea ajunge în următorii 10-15 ani?

Dan Filipescu: E greu de prevăzut, în general trebuie să aşteptăm să vedem ce rezultate obţinem cu acest proiect. Ok, putem să visăm că aceşti 10 petawaţi vor fi mai uşor de obţinut, tehnologia, să sperăm, va evolua. N-a mai lucrat nimeni cu fascicule laser de 10 petawaţi. Suntem curioşi să vedem dacă predicţiile vor fi îndeplinite în urma experimentelor… habar n-am.

Fizica vidului

Sorin Badea: Aveţi în plan vreun experiment în urma căruia s-ar putea schimba ceva radical?

Ovidiu Teşileanu: Există un domeniu. Acum, ELI-NP va avea aceste două surse de fotoni, unul vizibil – laserele de mare putere – unul invizibil – fascicule de radiaţie gamma. Combinaţia dintre ele este unică în lume, adică în nici un alt centru din lume nu mai există aceste două tipuri de fascicule care pot fi combinate în acelaşi experiment. Pe ideea acestei combinări, avem propuneri de experimente care se referă la fizica vidului. Acolo, într-adevăr, teoretic s-au făcut foarte multe, există foarte multe ipoteze. Din păcate, până acum nu s-a putut verifica mai nimic, din cauză că nu reuşeam să ajungem la acele energii şi intensităţi ale radiaţiei care să permită efectuarea experimentelor. Acesta este un punct în care ELI-NP ar putea într-adevăr să facă un pas nu doar cantitativ, ci şi calitativ, înainte.

Transmutaţia, „alchimie” modernă, modul în care putem scăpa de deşeurile radioactive

Sorin Badea: Mi-a venit acum altă idee: credeţi că am putea să mergem până acolo încât să vedem cum se comportă un nucleu şi să ajungem din nou la faza alchimică, să transformăm cuprul în aur?

Dan Filipescu: Da, putem să facem astfel de transmutaţii cu radiaţii gamma. Acum, să obţinem exact aur nu ne-am pus problema…

Ovidiu Teşileanu: Şi probabil ar fi mult mai scump decât aurul natural…

Dan Filipescu: Nu e imposibil, nu e o chestie stupidă. Dar unul dintre lucrurile pe care le vom face va fi să studiem dacă putem să facem transmutaţii. Urmează să studiem şi noi posibilitatea de a crea transmutaţii pentru materiale radioactive dăunătoare, spre exemplu deşeuri pe care le producem în reactoarele nucleare. E problema societăţii noastre care e foarte dependentă de astfel de reactoare, şi probabil că nu vom avea alternative viabile în următoarea perioadă. Problema noastră e că noi creăm deşeuri şi trebuie cumva să încercăm să scăpăm de deşeurile de viaţă lungă. Atunci când producem deşeuri care au timp de înjumătăţire de mai multe mii de ani, avem o problemă. Trebuie să le transmutăm în deşeuri care au timp de viaţă de ordinul anilor sau lunilor, deci să scăpăm de aceşti timpi foarte îndelungaţi de înjumătăţire. Trebuie să facem reacţii nucleare, să facem transmutaţii, dar foarte eficient. Şi la ELI-NP, asta e una dintre aplicaţii. Am încerca să găsim metodele optime de a transforma anumite deşeuri. E o aplicaţie foarte importantă.

FOTO: ELI-NP

ASCULTĂ ŞI DESCARCĂ INTERVIUL COMPLET:

Download

Ella Moroiu