Po co nam cyklotrony

Cyklotron to urządzenie służące do przyspieszania naładowanych cząstek do bardzo wysokich energii. Brzmi jak narzędzie potrzebne wyłącznie fizykom jądrowym, tymczasem jego zastosowania sięgają znacznie dalej — od odkrywania nowych pierwiastków po diagnostykę i leczenie nowotworów.

Dr Paweł J. Napiorkowski wyjaśnia, czym jest cyklotron, skąd wzięła się jego nazwa i dlaczego cząstki poruszają się w nim po charakterystycznej spiralnej drodze. Pokazuje także, na czym polega pomysł wielokrotnego przyspieszania cząstki stosunkowo niewielkim napięciem dzięki wykorzystaniu pola magnetycznego.

Wykład przybliża historię powstania cyklotronu oraz postać Ernesta Lawrence’a, który za jego opracowanie i zastosowanie do wytwarzania sztucznych izotopów otrzymał Nagrodę Nobla. Prowadzący przypomina przy tym, że za wielkimi odkryciami stoją zwykle całe zespoły badaczy, inżynierów i studentów, choć historia zapamiętuje najczęściej tylko jedno nazwisko.

Jednym z najważniejszych zastosowań cyklotronów są badania jądrowe. Przyspieszone jony mogą uderzać w tarcze i prowadzić do powstawania nowych jąder atomowych. W ten sposób naukowcy badają strukturę materii i próbują tworzyć najcięższe pierwiastki, istniejące czasem zaledwie przez ułamki sekund.

Cyklotrony mają także ogromne znaczenie w medycynie nuklearnej. Pozwalają produkować krótko żyjące radioizotopy, między innymi fluor-18, wykorzystywany w pozytonowej tomografii emisyjnej PET. Po połączeniu z cząsteczką glukozy izotop umożliwia śledzenie procesów zachodzących w organizmie i wykrywanie tkanek o podwyższonej aktywności metabolicznej, w tym zmian nowotworowych.

Dlaczego radioizotopy muszą być wytwarzane blisko miejsca badania? Jak działa tomografia PET? Co dzieje się podczas anihilacji pozytonu i elektronu? I w jaki sposób detektory pozwalają ustalić, skąd pochodzi zarejestrowane promieniowanie?

Prowadzący omawia również zastosowanie przyspieszonych protonów i ciężkich jonów w terapii nowotworowej. W przeciwieństwie do promieniowania gamma mogą one oddawać największą część energii na dokładnie określonej głębokości. Pozwala to skuteczniej niszczyć guz, ograniczając uszkodzenia zdrowych tkanek znajdujących się przed nim i za nim.

Wykład pokazuje cyklotron jako współczesne „narzędzie alchemika” — urządzenie, które umożliwia tworzenie nowych izotopów, badanie granic układu okresowego oraz rozwijanie coraz dokładniejszych metod diagnostyki i leczenia.

Dr Paweł J. Napiorkowski – fizyk związany ze Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego.

Wykład został nagrany w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów podczas Dnia Odkrywców Kampusu Ochota Uniwersytetu Warszawskiego 1 kwietnia 2023 roku.

#cyklotron #fizykajądrowa #akceleratorycząstek #medycynanuklearna #PET #radioizotopy #fluor18 #terapiaprotonowa #terapiajonom #nowotwory #pierwiastki #UniwersytetWarszawski #DOKO #Wszechnica