Od bozonu Higgsa, przez cyklotron, po polski atom

Zapraszamy na drugą część rozmowy. Pierwsza część dostępna jest pod tym linkiem.

Dawid Kuciński, LoveKraków.pl: Chciałbym zapytać o największe sukcesy, które narodziły się tutaj, w Instytucie. Gdyby mógł Pan wymienić dwa, trzy z Pana perspektywy.

Prof. dr hab. Tadeusz Lesiak, dyrektor IFJ PAN: Instytut może poszczycić się trzema kluczowymi obszarami osiągnięć. Po pierwsze, poziom naukowy. Instytut aktywnie uczestniczył w badaniach prowadzących do odkrycia bozonu Higgsa. Na swoim koncie ma ponad 600 publikacji, w tym w tak prestiżowych czasopismach jak „Nature”. Osiągnięcia te dotyczą różnych dziedzin: m.in. fizyki cząstek, fizyki jądrowej, fizyki ciała stałego i fizyki plazmy. Mimo że nasze finansowanie jest nawet pięciokrotnie niższe niż w najlepszych ośrodkach w Hiszpanii, Francji czy Holandii, nasz poziom naukowy jest porównywalny, a niekiedy nawet wyższy.

Po drugie, wdrożenia i praktyczne zastosowania wyników badań dla społeczeństwa. Przykładem jest Centrum Cyklotronowe Bronowice (CCB) oraz szeroki zakres usług w dziedzinie kontroli radiacyjnej i dozymetrii. Podjęcie się takiego wielkiego przedsięwzięcia jak CCB, które z powodzeniem funkcjonuje, jest dowodem na naszą odwagę i innowacyjność.

Po trzecie, ludzie i popularyzacja nauki. Skupiamy wybitne osobistości, które inspirują innych. Mowa tu choćby o Jerzym Gręboszu – autorze cenionych podręczników do informatyki, Michale Krupińskim – laureacie konkursów popularyzatorskich, czy o Dominice Kuźmie, która poprzez pokazy inspiruje tysiące dzieci. Ja sam pamiętam, jak w wieku 6 lat wygrałem w podstawówce konkurs wiedzy o Koperniku. I od tego się zaczęło. Tego typu działania są bezcenne.

Skoro jesteśmy przy historii. Co Pan robił 26 kwietnia 1986 roku, kiedy doszło do katastrofy w Czarnobylu?

Pamiętam ten dzień doskonale. Byłem wtedy na Baraniej Górze, u źródeł Wisły. Spędziłem tam noc w schronisku. Było bardzo ciepło i nikt o niczym nie wiedział.

I kiedy informacja dotarła?

Dopiero po powrocie do Krakowa, czyli jakieś 2-3 dni później.

Jaką rolę w informowaniu społeczeństwa odegrali naukowcy z Instytutu? Mówimy tu o schyłkowym, ale wciąż PRL-u, gdzie funkcjonowała cenzura.

Mieliśmy i mamy stacje, które monitorują promieniowanie. Są one, posłużę się współczesnym przykładem, niezwykle precyzyjne. Jedna z nich kilka lat temu wykryła anomalie pozwalającą sądzić, że gdzieś na Syberii testowany był rosyjski pocisk o napędzie jądrowym. Wzrost promieniowania pochodzący z awarii w Czarnobylu został zarejestrowany przez nasze służby, podobnie jak odnotowały to również stacje m.in. w Szwecji, Wielkiej Brytanii czy Rumunii. Takie zdarzenia wykrywamy w ciągu minut od chwili pojawienia się wzrostu skażenia, lub nawet do dziesięciu dni, jeżeli skażenie występuje w śladowych ilościach.

Jak leczy cyklotron i polska elektrownia jądrowa

A propos Rosji. Macie tutaj radziecki cyklotron. Skąd on się w ogóle wziął w Krakowie?

Pierwszy cyklotron w Krakowie zbudował od podstaw zespół profesorów Niewodniczańskiego i Hrynkiewicza. Było to stosunkowo niewielkie urządzenie. Później, w ramach współpracy, Związek Radziecki obdarowywał kraje bloku wschodniego technologią jądrową, podobnie zresztą jak działo się na Zachodzie.

Polska mogła otrzymać reaktor i cyklotron. Pierwotnie oba urządzenia miały znaleźć się w Warszawie, ale dzięki prof. Henrykowi Niewodniczańskiemu, który był wielką osobistością, tak się nie stało. Udało mu się przekonać władze, żeby cyklotron trafił do Krakowa. A my go bardzo twórczo wykorzystaliśmy. Rola tego urządzenia była ogromna, ponieważ to on był dostarczycielem neutronów do pilotażowego programu terapii onkologicznej.

Kłóci się to z tym, co Pan mówił o niemal chałupniczo wykonanym pierwszym cyklotronie.

Trzeba przyznać, że ówczesna radziecka myśl technologiczna w dziedzinie cyklotronów była bardzo dobra i nie ma się tutaj się czego wstydzić. Poza tym cały czas mieliśmy zakład fizyki akceleratorowej, który istnieje do dzisiaj. Dzięki niemu udało się zastąpić radziecki cyklotron nowym AIC-144 własnej konstrukcji, podwyższając energię wiązki, tak, aby wytworzone cząstki mogły penetrować gałkę oczną. To było wielkie wyzwanie. Udało się to zrealizować własnymi siłami i do tej pory cyklotron działa.

Służy on nadal do unikalnych pomiarów polegających na testach napromieniania również materiałów, również testów komercyjnych, na potrzeby między innymi elektroniki czy sektora kosmicznego. Jest również jednostką rezerwową, gdyby coś wydarzyło się z obecnie działającym urządzeniem w Centrum Cyklotronowym Bronowice.

10 lat temu w prasie było mnóstwo kontrowersji związanych z brakiem terapii pacjentów onkologicznych w CCB. Jak to funkcjonuje obecnie, czy spełnia swoją rolę i ile osób rocznie się tam leczy?

Przez ostatnie trzy lata liczba pacjentów bardzo silnie rosła i właściwie osiągnęliśmy nasycenie. Jest to około 330 pacjentów rocznie, w tym kilkadziesiąt osób poddawanych terapii oka. Trzeba też wiedzieć, że każdy pacjent przychodzi na podanie frakcji w ciągu roku od 15 do 40 razy, a sama  pojedyncza procedura trwa od 20 do 40 minut. W przypadku dzieci jest to bardziej złożone i czasochłonne. Ośrodek pracuje od 7 do 20, a nawet dłużej.

Z jednej strony, z trudem możemy sobie wyobrazić zwiększenie naszych mocy przerobowych, a z drugiej, wycena terapii jest nieracjonalna. Nasze zabiegi kosztują kilkukrotnie mniej niż w Czechach czy w Niemczech. Obecnie co najwyżej wychodzimy na swoje. Gdyby władze bardziej doceniały naszą pracę, można by myśleć o rozwoju. Muszę też podkreślić, że jesteśmy jedynie dostarczycielem wiązki protonowej; reszta tj. część terapeutyczna leży po stronie ośrodka medycznego, który musi walczyć o kontrakt jak każda inna placówka.

Chciałbym się dowiedzieć, co jest wyjątkowego w tej metodzie. Jak leczy się nowotwory za pomocą tego urządzenia?

Protonoterapia różni się od tradycyjnej radioterapii, która wykorzystuje głównie fotony. Zamiast równomiernego napromieniowania tkanek przed guzem, w jego obrębie i za nim, protony uwalniają większość swojej energii w precyzyjnie określonym punkcie na końcu swojej drogi. Zjawisko to nazywa się pikiem Bragga.

Dzięki tej właściwości protony minimalizują uszkodzenia zdrowych tkanek, skupiając się na niszczeniu komórek nowotworowych. Precyzja tej terapii wynosi zaledwie milimetry, co czyni ją idealną do leczenia nowotworów położonych w trudno dostępnych miejscach, takich jak mózg czy rdzeń kręgowy, gdzie każdy milimetr ma znaczenie. Choć terapia protonowa jest znacznie droższa od tradycyjnej radioterapii, jej skuteczność i precyzja sprawiają, że jest o wiele korzystniejszą opcją dla pacjenta.

Państwa rola ogranicza się jedynie do samego zabiegu?

Proces rozpoczyna się od planowania leczenia. Na podstawie trójwymiarowego modelu guza, stworzonego z obrazów medycznych, np. z rezonansu magnetycznego, ustala się dokładny obszar do naświetlania.

W trakcie zabiegu pacjent jest unieruchomiony, a wiązka protonów jest precyzyjnie dostarczana przez obrotowe urządzenie zwane gantry. Ta ważąca sto ton maszyna może obracać się wokół pacjenta, by podać dawkę promieniowania z dokładnością do milimetra, bez potrzeby zmiany jego pozycji. Instytut nie tylko posiada tę technologię, ale również rozumie jej działanie, co pozwala na jej efektywne wykorzystanie.

Polska elektrownia jądrowa i potrzeby instytutu

Czy Instytut współpracuje przy wielkim projekcie budowy pierwszej polskiej elektrowni jądrowej?

Od 2020 roku angażujemy się w przygotowania, ponieważ mamy coś unikalnego do zaoferowania. Posiadamy własną technologię dozymetrii, która pozwala mierzyć dawkę promieniowania. Już teraz obsługujemy tym sprzętem niecałe 30 proc. personelu medycznego w Polsce. Tę samą wiedzę i sprzęt możemy wykorzystać przy elektrowni atomowej – od pomiarów środowiska przed jej powstaniem, aż po wyposażenie pracowników w dozymetry.

Zainicjowaliśmy Polskie Konsorcjum Ochrony Radiologicznej, żeby razem z innymi instytucjami pomagać w kwestiach bezpieczeństwa jądrowego. Wiem, że to nie to samo co Narodowe Centrum Badań Jądrowych, które posiada reaktor badawczy, ale nasza wiedza jest kluczowa i uzupełnia ich domenę.

Aktywnie działamy też na rzecz edukacji. Wraz z Politechniką Krakowską prowadzimy kierunek energetyka jądrowa i chcemy uruchomić studia doktoranckie. Po zaniechaniu budowy elektrowni w Żarnowcu niemal całkowicie straciliśmy tę wiedzę w Polsce, a teraz odbudowujemy kadry. Nie chodzi tylko o fizyków, ale o całą armię specjalistów na różnych poziomach. Przecież w pewnym momencie w Europie zabrakło spawaczy do elektrowni jądrowych, co pokazuje, jak wiele specjalności jest potrzebnych. Chcemy wyszkolić tych najlepszych, na poziomie doktoratu, żeby rozumieli więcej niż np. tylko to, jak działa pompa.

Pana zdaniem, to dobrze, że elektrownia powstaje? I czy źle, że tak późno?

Na pewno źle, że późno. Energetyka jądrowa jest niezbędna, abyśmy mogli zapewnić sobie bezpieczeństwo energetyczne. Nasza transformacja energetyczna jest spóźniona, bo kluczem do bezpieczeństwa jest stabilny rdzeń systemu. Wcześniej opierał się on na węglu. Niestety, odnawialne źródła, takie jak wiatr czy fotowoltaika, nie mogą same go zapewnić. Mimo że sam mam panele fotowoltaiczne i cieszę się z ich rozwoju, to są one podatne na wahania. Na każdy gigawat energii zielonej powinien przypadać gigawat mocy rezerwowej, która będzie stabilizować sieć.

Dla Polski jedynym realnym i stabilnym rozwiązaniem jest energetyka jądrowa. W przeciwieństwie do źródeł odnawialnych, elektrownie atomowe działają niezależnie od warunków pogodowych. Poza stabilnością oferują też bezpieczeństwo – statystyki pokazują, że liczba ofiar wypadków w elektrowniach jądrowych jest ułamkiem tej z elektrowni węglowych. Ich zaletami są również wydajność, bo choć budowa jest droga, to eksploatacja jest bardzo tania, oraz niezależność energetyczna. W warunkach geograficznych Polski energia wodna może zaspokoić maksymalnie zaledwie kilka procent naszego zapotrzebowania, a od węgla musimy odejść.

A jak ocenia Pan przedsięwzięcia na mniejszą skalę, czyli Małe Reaktory Modułowe (SMR)?

Jest to atrakcyjne rozwiązanie, a Polska ma ku temu bardzo dobre warunki. Mamy odpowiednią sieć energetyczną i bardzo dużo wygaszanych mniejszych i średnich elektrowni węglowych, w miejsce których można postawić SMR.

Problem w tym, że ta technologia została jak dotąd zastosowana w niewielkiej liczbie egzemplarzy. Jestem zwolennikiem, aby poczekać na jej rozwój i uczyć się na błędach, ale cudzych. Tak jak w przypadku nauki płynącej z doświadczeń z dużymi elektrowniami jądrowymi. Pomijając Czarnobyl, do incydentów i awarii dochodziło choćby we Francji, Stanach Zjednoczonych czy Japonii. Wystarczył tam jeden błąd.

Jak Pan widzi przyszłość Instytutu w perspektywie najbliższych 5, 10, 15 lat? W czym będzie przodował, w czym będzie liderem?

Nie jestem w stanie precyzyjnie przewidzieć przyszłości Instytutu, ponieważ nasz system naukowy jest niestabilny, co potwierdzają ostatnie lata. Przez cztery lata, kiedy inflacja wyniosła 40 proc., nie dostaliśmy żadnych dodatkowych środków, w przeciwieństwie do uczelni. Dopiero po pięciu latach otrzymaliśmy 20 proc. podwyżki. Dla porównania, w CERN obniżka realnej wartości płac o 2,5 promila wywołała ogromne poruszenie. Planowanie w takich warunkach przypomina „poruszanie się gumową łódką po wzburzonym oceanie”.

Mimo to, agresywnie dążymy do pozyskania funduszy na rozwój. Dzięki środkom unijnym uzyskaliśmy już 42 miliony na rozbudowę aparatury i remont laboratoriów fizyki ciała stałego i badań interdyscyplinarnych. Mamy ambitne plany dotyczące rozwoju fizyki akceleratorowej i chcemy budować nowe laboratoria, ale wszystko zależy od zdobycia finansowania. Nasz Instytut, podobnie jak cała polska nauka, działa w warunkach ogromnych fluktuacji, co utrudnia długofalowe planowanie.

W tych warunkach trudno tworzyć plany pięcioletnie jak w PRL-u albo takie jak w zachodnim systemie gospodarczym, gdzie zakłada się, że poprawimy wydajność naukową o 5,5 procenta i to wystarczy.