Сотрудники центра «Перспективные технологии в микроэлектронике» Томского государственного университета по заказу Института физики высоких энергий имени А.А. Логунова (НИЦ «Курчатовский институт» – ИФВЭ) разработали и изготовили сенсоры ионизирующего излучения на основе монокристаллического лейкосапфира. Сенсоры необходимы для контроля параметров пучка ионов углерода при проведении лучевой терапии онкобольных. Изделия уже успешно прошли испытания и подтвердили свою эффективность. В ближайшее время полноразмерные сенсоры интегрируют в экспериментальную установку ионной лучевой терапии в рамках проекта «ЛУЧ У-70».
Ключевая задача проекта «ЛУЧ У-70», реализуемого в НИЦ «Курчатовский институт» – ИФВЭ (Протвино), – разработка отечественного экспериментально-клинического комплекса ионной лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний с использованием пучка ионов углерода. Эта технология считается одной из наиболее перспективных в современной лучевой терапии благодаря высокой точности воздействия на опухоль при минимальном повреждении здоровых тканей.
Для обеспечения равномерного облучения опухоли и точного распределения дозы используется сложная система формирования пучка, включающая коллиматоры и специальные формирующие устройства. Важным элементом этой системы является постоянный мониторинг параметров пучка – его положения, интенсивности и пространственной структуры.
В лаборатории детектирующих систем ИФВЭ разрабатываются решения, позволяющие контролировать эти характеристики в режиме реального времени. При этом сенсоры должны функционировать непосредственно в потоке высокоэнергетических ионов и выдерживать значительные радиационные нагрузки, что делает применение традиционных полупроводниковых сенсоров малоэффективным.
– В качестве альтернативы мы предложили коллегам из ИФВЭ использовать сенсоры на основе монокристаллического лейкосапфира, – говорит старший научный сотрудникцентра «Перспективные технологии в микроэлектронике» ТГУИван Щербаков. – Они обладают высокой радиационной стойкостью и необходимой чувствительностью. В 2024 году по заказу ИФВЭ в Центре ПТМ ТГУ были разработаны и изготовлены такие устройства.
Матричные сенсоры ТГУ для измерения пространственной плотности частиц в пучке ионов углерода
Проведенные испытания в пучке ионов углерода показали, что сапфировые сенсоры полностью соответствуют предъявляемым требованиям.
В настоящее время заключен новый контракт на изготовление полноразмерных координатных сенсоров, которые будут интегрированы в экспериментальный образец установки ионной лучевой терапии для дальнейшей медицинской апробации.
Разработка ученых ТГУ является значимым вкладом в создание отечественной инфраструктуры ионной терапии. Применение радиационно-стойких сенсоров позволит обеспечить надежный контроль параметров пучка на всех этапах лечения, что особенно важно при терапии сложных форм онкологических заболеваний.