Salvarea icoanelor și a oamenilor prin fizica nucleară

În 1957, la Măgurele, o comună cu doar ­câteva mii de locuitori, se inaugura primul reactor nuclear din România și primul ciclotron din Europa de Est, ambele de fabricație sovietică, în cadrul Institutului de Fizică Atomică (IFA), înființat un an mai devreme. Azi, în complexul științific din comuna devenită între timp oraș, funcționează nu mai puțin de nouă institute de cercetare. Reactorul a fost dezafectat și demontat acum trei ani, iar din IFA s-a desprins IFIN-HH - Institutul de Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”, care include, între multe altele, cel mai puternic laser din lume, ELI-NP.

De ce la Măgurele? A fost alegerea înțeleaptă - un loc destul de izolat pentru liniștea și siguranța cercetărilor, dar aproape de Capitală, a marelui fizician Horia Hulubei și a profesorului Şerban Ţiţeica. Hulubei își obținuse doctoratul la Paris, sub conducerea Mariei Sklodovska Curie, prima femeie laureată a premiului Nobel, și fusese director de cercetare la Universitatea din Paris. Şerban Ţiţeica era fiul matematicianului Gheorghe Ţiţeica și își luase la rândul său doctoratul sub coordonarea unui laureat al premiului Nobel, Werner Heisenberg, cel care a formulat celebrul principiu al incertitudinii.

Cum n-am avut timp să vizităm, deocamdată, decât IFIN-HH, merită măcar să amintim celelalte opt institute de la Măgurele: Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Optoelectronică (INOE 2000), Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Mecatronică şi Tehnica Măsurării (INCDMTM), Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului (INFP), Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației (INFLPR), Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale Neferoase și Rare (IMNR), Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale și Resurse Radioactive (INCDMRR-ICPMRR) și Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM). Chiar numele acestor institute și cele ale departamentelor lor sugerează că, pe lângă cercetarea fizică fundamentală, la Măgurele se realizează aplicaţii practice cât se poate de concrete.

Primul loc pe care l-am vizitat, conduși de Florin Negoiță, validează din plin această dimensiune, căci Centrul de Iradieri Tehnologice IRASM se ocupă de „curățirea” biologică a nenumărate categorii de produse și obiecte, care vin aici pe bandă rulantă, din toate direcțiile: de la materiale sanitare care au nevoie de o sterilizare perfectă la cărți vechi, mobilier arhive, role de film pe celuloid, sculp­turi, alimente, icoane și chiar o întreagă catapeteasmă! Agenția de Energie Atomică de la Viena a realizat un documentar despre acest ultim și spectaculos caz. Este vorba de biserica din Izvoarele, Prahova, al cărei paroh, pr. Ioan Baraț (plecat la Domnul între timp), aduna în fiecare zi un pumn de rumeguș. A căutat soluții pe internet și a descoperit IRASM. Ușor n-a fost, căci catapeteasma a trebuit să fie desfăcută în părți care să încapă în iradiator. Operațiunea a fost un succes!

IRASM, ne explică Mihalis Cutrubinis, vine de la „Iradiator cu scopuri multiple”. Se lucrează cu o sursă de Cobalt 60 și, în afara categoriilor amintite, se tratează și componente industriale sau tehnologice, cu scopul de a le îmbunătăți calitățile sau de a le testa rezistența la radiații ionizante. Cele mai frecvente sunt însă contractele pentru produse de sănătate: comprese, flacoane, seringi, mănuși de unică folosință, medicamente etc. Pentru mobilier, tablouri și icoane, scopul e distrugerea cariilor și a mucegaiului, fără de care restaurarea nu poate avea succes. Alternativa e foarte laborioasă și nesigură: se introduce o substanță, cu seringa, în fiecare mic orificiu! Mai multe biserici, Muzeul Cotroceni, Parlamentul, Arhiva Națională de Filme sunt doar câțiva dintre partenerii IRASM pe partea de patrimoniu cultural. Și nu, iradierea nu reprezintă nici un pericol pentru proprietarii bunurilor!

„Cavoul” de beton al iradiatorului...

În depozitul în care vin produsele și obiectele se află un iradiator mai mic, arată ca un copiator, dar e păzit cu grijă în spatele unui grilaj și sub supravegherea camerelor de luat vederi, care sunt peste tot. Iradiatorul cel mare, care are capacitatea nominală de 2 milioane de Curie, dar lucrează la „doar” 360.000, se află într-o incintă specială, în care se ajunge, când nu este în funcțiune, desigur, printr-un labirint de beton menit să oprească eventualele reziduuri de radiații. Pentru comparație, un echipament de iradiere dintr-un spital are până în 10.000 de Curie. Cobaltul 60 se consumă în proporție de 12% pe an, deci trebuie cumpărat în mod cumpătat, mai ales că 1 Curie poate să ajungă la 7 euro. Se cumpără cam 200.000 o dată la patru-cinci ani.

Daniel Neguț, de la IRASM, ne spune că marea majoritate a obiectelor sunt puse în containere, transportate apoi în sala iradiatorului, suspendate deasupra piscinei în care ecranarea sursei se face cu apă deionizată, în care se află sursa de Cobalt 60, care se ridică între containere și acționează pentru un anumit timp bine stabilit, dependent de densitatea materialului și de cantitatea de Cobalt 60 (pot fi și 12 ore), după care e coborâtă la loc (mai exact cade, cu un zgomot care se aude de afară!) și containerele sunt evacuate. După cinci minute de aerisire se poate ­intra. Ceea ce am făcut și noi, nu fără oarece emoții... O încăpere de beton, ca un cavou, șinele pe care vin containerele, bazinul în care e ascunsă sursa și, să fim cinstiți, un nod în gât...

S-a întâmplat, ne povestește Daniel Neguț, să se trateze niște documente arhivate, de la studioul Sahia Film, role de filme pe care mucegaiul ­crescuse atât de mult, încât formase țurțuri. De asemenea, s-au iradiat și obiecte mari, care nu pot fi puse în containere, precum sculpturi sau piese de mobilier. La Muzeul Aman, în perioada renovării lui, s-a tratat totul, inclusiv tapetul. Pentru produsele mai mici, de serie, unul dintre marile avantaje ale iradierii este că se poate face în ambalajul final, care nu trebuie deschis pentru procedură.

La ieșire, Daniel Neguț ne arată o bucățică de lemn dintr-o biserică: la venire, avea consistența unui burete, acum este dur și compact, pentru că iradierea produce și polimerizarea materialului cu care a fost impregnat lemnul; la fel, un fragment de piatră de pe Valea Loarei.

O prioritate mondială

În Departamentul de Fizică Nucleară avem întâlnire cu acceleratorul-tandem. E momentul să spunem că intrările în mai toate încăperile de la Măgurele se fac pe bază de cartelă, iar gazdele noastre, aici, Sorin Pascu, poartă asupra lor dozimetre, menite să sune dacă e cazul...

Avem în față un accelerator electrostatic de 9 megavolți, înconjurat de avertismente care-ți cer să nu zăbovești prea mult pe-acolo. Este sprijinit pe arcuri imense, după ce, la cutremurul din 1977, patru ani după instalarea lui, neavând așa ceva, s-au prăbușit în el componente interne din cauza vibrațiilor.

Ionii negativi pleacă din dreapta și pe parcurs își schimbă sarcina, devenind pozitivi, drept care sunt respinși, cele două etape determinând numele „tandem”. Cu ajutorul unor magneți, particulele accelerate sunt deviate către sălile experimentale, unde sunt folosite în diferite moduri. O mărturisire a reporterului: ar fi suficient să auziți zgomotele de pe înregistrarea discuției ca să simțiți fiori...

Acceleratorul a trecut prin două îmbunătățiri, prima vizând puterea, a doua, în 2012, alte performanțe. În afara cercetătorilor români, există utilizatori din străinătate care vin aici în mod constant, deci prelungirea vieții acceleratorului-tandem a meritat toate eforturile. În același departament mai sunt două acceleratoare, unul de 1 MV, celălalt de 3 MV, folosite pentru fizică aplicată, adică în scopuri practice, precum celebra datare cu Carbon 14.

Problema cea mai mare în acest domeniu rămâne faptul că nu s-a ajuns încă la o înțelegere a forței nucleare, a felului în care protonii și neutronii sunt legați în interiorul nucleului. Și, pentru că nu aveau un model teoretic, cercetătorii au decis să măsoare cât mai mult. Aceasta este spectroscopia nucleară. „Mecanica cuantică ne spune că fiecare nucleu are o mulțime de stări excitate, fiecare cu proprietățile ei, există aproximativ 3.000 de tipuri de nuclee cunoscute, fiecare cu stările lui, plus alte 3.000 prezise de modelele teoretice și care încă n-au fost găsite experimental, darămite să le mai și măsurăm proprietățile! Este o muncă imensă. Și a fost un succes extraordinar, la CERN Geneva, când a fost identificat celebrul boson al lui Higgs, prezis cu aproape 50 de ani mai devreme”, spune Sorin Pascu. Ne este prezentat apoi un sistem cu 25 de detectori cu o foarte bună rezoluție energetică. Asta înseamnă că pot face diferența între două radiații gamma cu energie foarte apropiată. Există, de asemenea, detectori scintilatori, foarte rapizi, deci pot stabili cronologia radiațiilor. Combinarea celor două proprietăți permite răspunsul la întrebarea cât de mult trăiește un nucleu în starea respectivă. Detaliu spectaculos: în 2010-2011, când oamenii de la Măgurele au pus la punct acest sistem, el era unic în lume!

Criminalistică și fizică nucleară

Acceleratorul de 3 MV funcționează pe 3 linii experimentale, ne explică Ion Burducea. Pe prima dintre ele se fac așa-numitele analize elementale, adică determinarea compoziției de elemente chimice, în ce concentrații sunt prezente și grosimea straturilor, cu o precizie de un nanometru (o milionime de milimetru). Un exemplu: identificarea elementelor chimice din pigmenții vopselelor folosite într-o pictură. Întrebăm dacă asta nu poate fi util și în cercetarea criminalistică. Ba bine că nu! „Avem un coleg, Andrei Apostol, și un proiect care cu asta se ocupă.” Drept dovadă, Ion Burducea ne arată un afiș cu „Dezvoltarea primului laborator de criminalistică nucleară din România”.

În a doua linie experimentală se poate modifica structura materialelor, prin implantare de ioni, pentru a le spori sau diminua pro­prietățile optice, electrice ori mecanice. Astfel, un polimer, care este izolator, poate deveni conductor. Ba chiar, consecutiv, și una, și cealaltă, pe porțiuni diferite!

Pe linia a treia s-a realizat între altele un experiment în colaborare cu cercetători din China, în care s-a studiat reacția de fuziune a izotopilor de Carbon 13 și Carbon 12, cu aplicații directe în astrofizica nucleară. Tot aici pot fi realizate și alte tipuri de experimente, cum ar fi testarea unor detectori de particule sau chiar determinarea cantității de hidrogen din anumite materiale folosind metoda reacțiilor nucleare de rezonanță.

1, 2, 3... Nu sunteți contaminat!

Trasorii radioactivi sunt substanțe care conțin izotopi radioactivi, introduse în organism pentru a determina prezența eventualelor tumori. Ei se produc în Centrul de Cercetare Radiofarmaceutică, zona cu cele mai severe precauții în care am pășit, întâmpinați de Dana Niculae, șefa unității.

Obiectul activității este cercetarea de substanțe radiofarmaceutice, aplicațiile fiind așadar medicale, prin sintetizarea de compuși complecși care conțin în structura lor un element radioactiv, utilizând caracteristici biologice și chimice specifice și având drept țintă diverse procese patologice din organism, în special în domeniul oncologiei, mai exact al imagisticii tumorale. În „traducere”, un trasor fabricat aici detectează procesele specifice unei tumori, dacă aceasta există. Sunt, de asemenea, aplicații, tot imagistice, și în cardiologie, și în neurologie. Practic, se pun în lumină procesele biologice alterate, deci patologice. Foarte important, sistemul funcționează și în stadiile foarte incipiente, deci pot duce la decizii de tratament înainte de a fi prea târziu. Scanarea propriu-zisă i se face pacientului cu sistemul PET/CT (tomografia cu emisie pozitronică) și ajută medicii să identifice exact și la timp sursa cancerului.

Fiind substanțe injectabile, radiofarmaceuticele trebuie să respecte toate standardele de fabricație ale medicamentelor de uz uman, ceea ce implică parcurgerea cu succes a etapelor preclinice, inclusiv testarea pe celule și pe animale de laborator. În plus, ca în orice fabrică de medicamente, se aplică măsurile sterile cele mai stricte. Pentru început, îmbrăcăm un halat și o protecție de încălțări - pui un „botoșel” cu piciorul în aer, rotești piciorul peste prag și îl așezi dincolo, apoi repeți mișcarea cu celălalt, pentru a avea acces în camera ciclotronului, unde se produc izotopii. Ciclotronul este un model de accelerator dedicat în special producerii radioizotopilor medicali. În interiorul lui, particulele se mișcă după traiectorii în spirală. Dacă un reactor nuclear bombardează cu neutroni și produce reacții nucleare, ciclotronul bombardează cu protoni, obținuți din hidrogen.

Pentru etapa următoare, trebuie să dublăm halatul și protecția de încălțăminte, la care se adaugă o bonetă și mănuși de unică folosință. Trecem printr-o cameră de decontaminare, cum doar în filme am văzut, unde ești luat în primire de jeturi puternice de aer care îndepărtează de pe îmbrăcăminte orice fir de praf. Intrăm în spațiul în care se creează substanțele complexe care vor ajunge, după testare, în corpul unui pacient. Nu e deloc simplu, ne explică Dana Niculae, să legi acel atom radioactiv de substanța biologic activă, și asta se întâmplă în așa-numitele module de sinteză, care alcătuiesc un perete de compartimente atât de complicate, încât ar fi greu să le descrii. Totul este automatizat, procesele fiind coordonate de operatori prin intermediul calculatoarelor.

Dacă la intrare ne-am asigurat că nu ducem nimic înăuntru, la ieșire ne introducem palmele într-un detector menit să spună dacă nu am luat cu noi nimic periculos! E un sentiment să vezi numărătoarea de pe ecran - 1, 2, 3... 10 - înainte de a apărea în sfârșit mesajul „Not contaminated”...

Am părăsit platforma Măgurele cu certitudinea că vom mai veni aici, căci mai sunt multe lucruri senzaționale de văzut, de aflat și de povestit!