О перспективе развития работ по ядерной химии (радиохимия)
I. Значение радиохимического образования и роль СПбГУ.
В настоящее время в России система радиохимического образования включает университетскую подготовку специалистов в областях радиохимии и химических аспектов ядерной технологии, обучение в аспирантуре по этим специализациям и курсы обучения для специалистов с целью повышения их квалификации.
Университеты готовят хорошо адаптирующихся специалистов широкого профиля. Это профессиональные радиохимики и химики, обладающие хорошими знаниями современной радиохимии и методов ее использования в научных и прикладных исследованиях в различных областях химии (ядерная медицина, химия твердого тела, радиоаналитическая химия, радиоэкология и т.д.).
В целом, сравнение учебных программ показывает, что система российского радиохимического образования не уступает передовым зарубежным системам, она даже более четкая и целеустремленная.
Она охватывает проблемы охраны окружающей природной среды, применение ядерных методов в биологии и медицине и т.п.
Сегодня не удовлетворяются полностью потребности в специалистах для научно-исследовательских и проектных институтов, особенно, это касается новых областей ядерной химии, таких как радиомедицина, радиоэкология и др.
В России в настоящее время имеются только две кафедры радиохимии, готовящие специалистов-радиохимиков широкого профиля: это кафедры в Университетах с особым статусом – МГУ и СПбГУ. Несмотря на то, что кафедра радиохимии СПбГУ была первой в СССР (создана в 1945 г.), в настоящее время МГУ имеет более благоприятные условия для развития этого научного направления.
В приложении к принятым в СПбГУ образовательным стандартам, компетентностно-оринетированных учебных планах (утверждены приказом проректора по учебно-методической работе № 2996/1 от 05.08.2011) основной образовательной программы высшего профессионального образования «Фундаментальная и прикладная химия» по уровням «подготовка специалиста», «подготовка бакалавра», «подготовка магистра» по направлению «Фундаментальная и прикладная химия», профиль «Радиохимия» номера компетенций: ПКС-8.1 -8.3; ПКБ-3.6; ПКМ-8.1-8.8, соответственно предполагается формирование навыков практической работы с закрытыми и открытыми источниками радиоактивных излучений (см.Приложение 1.).
При дальнейшем развитии кафедры радиохимии ее задача состоит в том, чтобы реализовать все положения образовательной программы. Кафедра для этого располагает необходимым учебно-научным потенциалом (см.Приложение 2). Однако существует ряд проблем, которые необходимо решить кафедре в масштабе Университета совместно с другими ядерными кафедрами, о чем будет сказано ниже.
II. Кафедра радиохимии видит дальнейшее развитие в следующих направлениях:
2.1. Подготовка на современном уровне специалистов-радиохимиков и химиков различных профилей, владеющих основами ядерной химии, при этом основное внимание должно быть уделено преподаванию фундаментальных и практических знаний в области ядерной медицины, проблемам ядерного цикла и вопросам обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ), радиоэкологии и развитию фундаментальных основ ядерной химии.
2.2. Подготовка специалистов-радиохимиков и радиофармацевтов, необходимых для синтеза радиофармпрепаратов (РФП), для существующих и вновь создаваемых центров позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), что является крайне актуальной задачей во всем мире, в том числе и в России.
2.3. Новым важным направлением в обучающих программах кафедры радиохимии выбрано направление ядерной медицины. В 2012 г. в учебный процесс введено 2 новых курса лекций: 1) методы синтеза радиофармацевтических препаратов для ядерной медицины, 2) методы получения радиофармпрепаратов на основе циклотронных и генераторных радионуклидов для использования в радионуклидной диагностике.
III. Успешное преподавание вопросов ядерной химии (радиохимии) должно базироваться на обширной программе НИР в области радиохимии по наиболее актуальным фундаментальным проблемам:
3.1. Развитие ядерной медицины как фундаментальной, так и прикладной, в частности, ОФЭКТ – однофотонный эмиссионной томографии и ПЭТ – позитронной эмиссионной томографии. При этом ряд синтезов с короткоживущими изотопами (99mTc, 11C, 18O, 13N, 18F) могут быть перенесены в студенческие практикумы. За последние годы особое внимание химиков, врачей и агрохимиков привлекли соединения атрановой структуры – органические и неорганические производные триэтаноламина и диэтаноламина, в особенности силатраны и протатраны, уже нашедшие применение в медицине и сельском хозяйстве. Среди этих соединений найдены вещества, обладающие выраженным противоопухолевым действием и соединения, защищающие организм от вредоносного действия высокочастотных электромагнитных излучений (компьютеров, мобильных телефонов, телевизоров, микроволновых печей, радаров и т.д.). Для изучения механизма биологического действия этих соединений на живые организмы и их фармакокинетики необходимы новые методы исследования. Важнейшим из них является использование до сих пор неизвестных меченых тритием биологически активных соединений атранового ряда, в особенности силатранов, герматранов и протатарнов.
3.2. Ядерно-химическое генерирование молекулярных ионов на основе изучения последствий бета-распада. Теоретическое исследование с помощью квантово-химических представлений. Синтез соединений, содержащих радиоактивный тритий, для изучения биологических процессов и применение в диагностике заболеваний.
3.3. Изучение химических последствий альфа-распада в составе полиминеральных образований природного происхождения. Прогнозирование состояния и поведения матриц для консервации актинидов, содержащихся в ОЯТ.
3.4. Теория и практика применения химических сенсоров для анализа ОЯТ на содержание редкоземельных элементов. Применение хемометрики для анализа экспериментальных результатов в области ядерных технологий.
3.5. Изучение влияния внеядерных факторов на постоянную радиоактивного распада при электронном захвате и конвертируемых изомерных переходах. Радиоактивные изотопы в металлических матрицах: установление механизмов «сухой» сепарации радионуклидов из облученных в реакторе (циклотроне) образцов.
3.6. Развитие концепции изоляции радиоактивных отходов путем капсулирования матричных материалов в оболочках из низкотемпературной керамики. Синтез матриц полимерного типа для иммобилизации Cs-Sr-фракций продуктов деления ядерного горючего.
3.7. Диффузия радиоактивных изотопов в ионных кристаллах, халькогенидных стеклах – инструмент изучения механизма ионного транспорта в твердых электролитах и других материалах, используемых в ядерной энергетике (стекла, керамика).
IV. Вопросы организации работы факультетов по ядерным дисциплинам.
Наиболее перспективным направлением развития кафедры радиохимии является создание в Университете общеуниверситетских, междисциплинарных, оснащенных оборудованием ядерных центров, которые могли бы объединить усилия в области преподавания и НИР различных факультетов. При этом можно рассматривать как создание в будущем единого ядерного центра (с перспективой его организации через 10-15 лет), так и создание в настоящее время (в течение 1-1,5 лет) центра по наиболее актуальному современному направлению в рамках Программы развития СПбГУ. Таким ресурсным центром нам видится центр «Ядерная медицина» (РЦЯМ). Создание такого центра имеет следующие преимущества: 1) он может объединить работу физиков, химиков, биологов, медицинский факультет и др. как в области подготовки студентов (аспирантов), так и в области НИР; 2) на ряде факультетов уже сейчас ведутся работы в области ядерной медицины (физический факультет, кафедра радиохимии химического факультета) и имеются высококвалифицированные кадры для развития этих работ; 3) в Петербурге и в целом в Северо-Западном регионе имеется целый ряд ядерных организаций, которым требуются специалисты данного профиля; 4) создание РЦЯМ не требует больших затрат и может быть осуществлено на базе уже имеющихся площадей в пределах Санкт-Петербурга и Петродворца; 5) наличие площадей в Санкт-Петербурге приближает РЦЯМ к основным медицинским учреждениям, потребителям продукции РЦЯМ, сосредоточенным в Санкт-Петербурге (что очень важно, т.к. современная ядерная медицина имеет дело с короткоживущими изотопами (радионуклидами) со временем жизни от 2 до 100 минут; 6) СПбГУ обладает уникальным, не имеющим аналогов по ускорению частиц до высоких энергий циклотроном, который может быть использован для наработки короткоживущих изотопов для учебных целей (применение этих изотопов в студенческих практикумах, получение радиофармпрепаратов и др.); 7) создание РЦЯМ позволит сохранить кадры специалистов-ядерщиков (физиков, химиков, которые могут исчезнуть к моменту организации объединенного ядерного центра через 5-10 лет; 8) в работу РЦЯМ могут быть привлечены не только специалисты в области ядерных дисциплин, но и ряд других высококвалифицированных специалистов в области химии, физики, биологии и др. (органическая химия, теоретическая физика и химия); 9) РЦЯМ в короткое время может ликвидировать наметившееся в области ядерных дисциплин отставание СПбГУ от другого Университета с особым статусом – МГУ; 10) РЦЯМ будет способствовать развитию и продолжению в СПбГУ исследований в области ядерных дисциплин как фундаментальных, так и прикладных, связанных с задачами и потребностями РОСАТОМа.
V. Что нужно в ближайшее время.
Для развития ядерных исследований в СПбГУ необходимо срочно организовать функционирование хранилища, что даст возможность получить лицензию и санитарные паспорта. К сожалению, имевшаяся в СПбГУ лицензия не была продлена, а приказ ректора о создании условий работ в области ядерных дисциплин не был выполнен. Начавшееся во исполнение этого приказа ректора восстановление хранилища в Петродворце было внезапно прервано и помещение хранилища было перепрофилировано.
В настоящее время имеются благоприятные условия для получения лицензии путем восстановления бывшего Университетского хранилища с меньшим уровнем хранения радионуклидов, согласно новым нормам ОСПО РБ 99/2010 со снижением категории с III до IV в составе: циклотрон – хранилище изотопов – учебные помещения в Менделеевском центре (кафедра радиохимии) – лаборатории медицинского и биолого-почвенного (и других) факультетов в Петродворце. Создание такой структуры с организацией компактного ядра в пределах Санкт-Петербурга безусловно будет способствовать выдвижению СПбГУ в число лидеров в области преподавания и НИР по приоритетным ядерным направлениям вообще и в области ядерной медицины в частности. Целесообразно поручить соответствующим службам СПбГУ решить вопрос о создании (может быть, временного) хранилища в СПбГУ (в крайнем случае это может быть ПУНК). Самым перспективным вариантом (по срокам введения в эксплуатацию, по материальным затратам) нам представляется реанимация старого хранилища рядом с циклотроном, что не представляет никакой опасности для Университета с учетом того, что в пределах города целый ряд организаций такие хранилища (и лицензии) имеют (Институт мозга РАН, Радиевый институт, ЦНИИ им.Крылова и др).
Таким образом, первоочередная задача состоит в получении лицензии, однако, не дожидаясь ее, необходимо уже сейчас начать организацию ресурсного центра «Ядерная медицина» (РЦЯМ) как в плане создания ее структуры, так и оснащения необходимым оборудованием (что требует временных затрат).
Список основного необходимого оборудования для проведения учебного процесса и НИР на современном уровне (по направлению ядерная химия или радиохимия) может быть составлен при принятии решения о создании ресурсного центра. В качестве примера основных установок и приборов укажем следующие:
1. Циклотрон Y-120 (требует незначительного ремонта).
2. Циклотрон для ПЭТ (размещать в имеющемся здании циклотрона).
3. Источник нейтронов (105-106 частиц/см2сек).
4. Прецизионные гамма-спектрометры.
5. Рефрижератор на температуры порядка 1 мК.
6. Радиохроматографы и жидкостные хроматографы.
7. Дозиметрические приборы.
8. Лабораторные роботы для синтеза радиофармпрепаратов.
9. Ионные хроматографы.
10. Бета-сканер для тонкослойной хроматографии.
11. Стандартное спецоборудование для радиохимической лаборатории.
Приложение 1.
Выписка из приложения к компетентностно-ориентированному плану:
Радиохимия
ПСК-8.1: владеет теоретическими основами радиохимии, обладает базовыми знаниями по теории строения ядра и типам ядерных взаимодействий, вилам взаимодействия излучения с веществом, знаком с основными закономерностями естественной и искусственной радиоактивности, химией радиогенных в искусственных и природных твердых тепах, химией элементов семейства актинидов. Знаком с теорией ядерной спектроскопии - методами регистрации a, β, g - спекгров, резонансными методами (ЯГР спектроскопия) в эмиссионном и абсорбционном вариантах Владеет основами радиационной химии, дозиметрии, методами выделения р/а нуклидов из облученных мишений и методами синтеза меченых соединений, обладает углубленным знанием проблем радиоэкологии. Способен применить знания для предсказании поведения различных нуклидов в сложных системах (проблемы захоронения высокоактивных отходов топливного цикла), дня создания схем направленного синтеза меченых соединении для ядерной медицины
ПСК-8.2: имеет практические навыки pa6oты в прикладной ядерной спектроскопии - владеет методами регистрации a, β, g - спекгров, знаком с резонансными методами (ЯГР спектроскопия) в эмиссионном и абсорбционном вариантах. Владеет методами радиоаналитической химии (активационный анализ, метод меченных атомов). Имеет навыки работы с субмикроколичествами вещества и различного типа эмиттерами.
ПСК-8.3: способен грамотно использовать ядерно-физические, радиоаналитические, различные физико-химические методы исследования твердых тел и растворов и полученные практические навыки работы с изотопами в решении задач современной ядерной энергетики: выделение и разделение различных нуклидов, синтез матриц для иммобилизации высокоактивных отходов и ядерной медицины: получение изотопов и синтез меченых соединений.
Приложение 2.
Краткая справка о кафедре радиохимии СПбГУ.
Первая в Советском союзе кафедра радиохимии была создана в Ленинградском государственном университете в 1945 г., в соответствии с секретными постановлениями правительства и по секретному приказу по ЛГУ №572 от 25.07.1945 г. для подготовки специалистов в области ядерной химии для создания отечественной атомной бомбы и дальнейшего развития атомной промышленности и ядерной энергетики. В создании первой атомной бомбы лично участвовали профессора кафедры и химического факультета акад. В.Г. Хлопин, акад. Б.П.Никольский, чл.-корр. АН СССР И.Е.Старик, чл.-корр. АН СССР Б.А.Никитин, доктор наук А.П.Ратнер. В течение всей свой истории кафедра готовила специалистов-радиохимиков для СССР и зарубежных стран. Многие из них достигли высоких результатов в науке и прикладной радиохимии.
Выпускниками кафедры являются акад. Русанов А.И., чл.-корр. Казаков В.Ю., профессора Никольский А.Б., Москвин Л.Н., Потехин А.А., Суглобов Д.Н., Власов Ю.Г., Ермоленко Ю.Е. и др. Многие занимали видные позиции в руководстве различными НИИ и факультетов: Никитин Б.А., Лазарев Л.Н. -директора РИАН, Шуколюков Ю.А. – зам.директора по науке ГЕОХИ РАН, Мурин И.В. – декан химического факультета и первый проректор СПбГУ, Власов Ю.Г., Ермоленко Ю.Е. - директора НИИХ СПбГУ.
Кафедра радиохимии входит в составе СПбГУ как опорного вуза «Росатома» в Консорциум ГК «Росатом». Ассоциация «Консорциум опорных вузов Госкорпорации «Росатом» была образована в июне 2011 г. в рамках программы «Инновационного развития и технологической модернизации Госкорпорации «Росатом» на период до 2020 г.» Среди целей ассоциации – консолидация усилий и координация взаимодействия ведущих вузов России для содействия инновационному развитию и технологической модернизации Госкорпорации «Росатом».
В настоящее время кафедра располагает высококвалифицированными сотрудниками из профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников. В ее составе 5 докторов наук, 12 кандидатов наук. Кафедра успешно готовит профессиональных радиохимиков и химиков, владеющих знаниями радиохимии и методами использования радионуклидов (специалистов, бакалавров, магистров, кандидатов и докторов наук). Высокий уровень преподавания базируется на высоком уровне научно-исследовательской работы в области фундаментальной и прикладной ядерной химии (радиохимии). Трое сотрудников кафедры имеют наиболее высокий индекс цитирования - индекс Хирша (Ермоленко Ю.Е. – 10, Кирсанов Д.О. – 10, Власов Ю.Г. - 28, Легин А.В. - 28) по публикациям за последние годы, шестеро премированы за высокую публикационную активность.
Кафедра ведет совместную работу со многими отечественными (Институт химии силикатов РАН, Петербургский институт ядерной физики (ПИЯФ, Гатчина), Радиевый институт (РИАН), Научно-исследовательский технологический институт (НИТИ, Сосновый Бор), Институт мозга человека РАН, НИИ Метрологии (Санкт-Петербург) и зарубежными научными центрами (Фрайсбургский Университет, (Германия), Миланский Университет (Италия), Институт тонкопленочных технологий Исследовательского центра г.Юлих (Германия).
Ряд сотрудников получали премии Университета за лучшую научно-исследовательскую работу (Нефедов В.Д., Синотова Е.Н., Торопова М.А., Власов Ю.Г., Ермоленко Ю.Е., Легин А.В., Колодников В.В. и др.), а также премии издательства «Наука- Интерпериодика», Совета РАН по аналитической химии, премии Правительства для молодых ученых. Различные организации ядерного профиля постоянно обращаются с просьбами о направлении к ним на работу выпускников кафедры. Несмотря на искусственно созданные трудности в работе с радионуклидами (закрытие хранилища и потеря в связи с этим лицензии) сотрудники кафедры ведут активную работу в области НИР и выполнения своих обязанностей по подготовке специалистов-радиохимиков в соответствии с действующим учебным планом.