Спасти африканских носорогов

Сергей Владимирович, расскажите, пожалуйста, вкратце о проекте Rhisotope.

Проект Rhisotope (rhino — носорог, isotope -изотоп) — инновационный, он направлен на борьбу с браконьерством в отношении носорогов. В Южной Африке живет 90% мировой популяции этих животных. Статистика показывает, что с 2010 по 2019 год по вине браконьеров погибли больше 9,5 тыс. носорогов. Истребление их связано с огромной ценностью носорожьих рогов. Считается, что рог, вес которого достигает 15 кг, — это кладезь полезных веществ, широко используемых в традиционной китайской медицине. Также рог считается символом богатства и процветания, поэтому на Ближнем Востоке из носорожьих рогов изготавливают сувенирную продукцию, например, бокалы и ручки для кинжалов, популярные среди арабских шейхов.

Неудивительно, что торговля рогами носорогов стала крайне прибыльным направлением для крупнейших преступных синдикатов. Она была запрещена в 1977 году Конвенцией о международной торговле видами дикой фауны и флоры, находящимися под угрозой исчезновения. Несмотря на это до сих пор есть организации и даже страны, способствующие незаконной продаже рогов.

Ключевая идея проекта Rhisotope заключается во внедрении радиоактивного изотопа в рог животного. Изотоп незаметен для браконьера и в то же время будет гарантированно «запеленгован» аппаратурой радиационного контроля на контрольных пунктах в аэропортах, морских портах, автомобильных и железнодорожных пунктах пропуска при попытке нелегального перемещения рога. Системами радиационного мониторинга оснащены десятки тысяч пунктов контроля во всем мире, так что эффективность метода очевидна.

Почему для участия в проекте был выбран НТЦ «ЯФИ»? Как вы узнали о проекте?

Проект реализуется в рамках глобального сотрудничества Росатома с известными исследовательскими центрами разных стран, такими как университет WITS (ЮАР), ANSTO (Австралия), Государственный университет Колорадо (США), Национальный исследовательский Томский политехнический университет и Научно-­технический центр «Ядерно-­физические исследования» (Россия). НТЦ «ЯФИ» — одно из ведущих предприятий российской атомной отрасли в области разработки и производства оборудования радиационного контроля. Гибкая структура предприятия позволяет в максимально короткие сроки доводить сложные разработки от идеи до реального воплощения.

Полученное мною предложение принять участие в работе над проектом основывалось, по всей видимости, на моем многолетнем опыте участия в различных программах Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). В рамках ряда исследовательских проектов я занимался измерением активационных сечений для различных ядер нейтронами с энергией 14 МэВ, разработкой нового типа нейтронного поискового прибора, разработкой технических документов МАГАТЭ, реализацией справочного мобильного приложения для классификации товаров, вызывающих на таможенных переходах ложную тревогу за счет естественной радиоактивности. В некоторых проектах я был научным руководителем.

В Техническом комитете 45 В Международной электротехнической комиссии (МЭК) я активно участвую в разработке международных стандартов для аппаратуры, применяемой для пресечения незаконного оборота запрещенных веществ.

Мне показалось познавательным и почетным поучаствовать в столь необычном проекте, тем более что он не только интересен для меня как физика, но и, в случае его успешной реализации, поможет спасти уникальных животных.

Ядро рабочей группы проекта составляют три специалиста. Я отвечаю за ядерно-­физические вопросы, физик-­оптик Алексей Гарбуль создает и обрабатывает объемные изображения на основе томографических, физик-­расчетчик Олег Осетров проводит моделирование дозовых нагрузок для головы носорога.

Какие результаты в рамках проекта уже были достигнуты к моменту начала работы вашей группы?

Сегодня любая задача решается на стыке нескольких областей знаний. Для достижения целей проекта требуется скоординированная работа разных специалистов: зоологов, экологов, медиков, физиков, математиков и других.

К моменту присоединения к проекту нашего центра Rhisotope уже прошел первую фазу реализации. На этой фазе необходимо было доказать, что изотопы, имплантированные в рога, не мигрируют в тела животных. Для этого в мае 2021 года следовые количества совершенно безвредных стабильных изотопов были введены в рога двух носорогов, живущих в одном из южноафриканских заповедников. Животных поместили в отдельный лагерь, рейнджеры ежедневно собирали отходы их жизнедеятельности и брали пробы крови. Анализировалось соотношение ¹³С/¹²С и ¹⁵N/¹⁴N. Анализы показали, что радиоизотоп не мигрировал из рогов животных.

Какова задача НТЦ «ЯФИ» в рамках проекта?

Задача, поставленная перед нашей командой, формулировалась так: «Проведение научной экспертизы по моделированию способа и дозы введения радиоизотопа в рога носорогов». Она разделяется на два основных этапа:

• экспертиза и рекомендации по подбору радиоизотопа и выбору формата введения его в рог носорога;
• моделирование дозовых нагрузок, направленное на определение возможных радиологических доз для головы животного.

Безусловные требования: отсутствие вреда для животных и безопасность персонала, вовлеченного в реализацию проекта.

Какими критериями должен обладать выбранный изотоп? Какие требования к его свой­ствам предъявляются со стороны биологов (ветеринаров)?

На первом этапе следовало подобрать изотоп, обладающий необходимыми характеристиками, а также определить формат внедрения его в рог носорога. Задача неординарная — необходимо принимать во внимание множество параметров, порой взаимоисключающих. Так, при подборе изотопа следовало учитывать следующие требования:

• он не должен быть короткоживущим, чтобы не требовалось часто заменять его;
• распад его должен сопровождаться гамма-­излучением относительно высокой энергии, уверенно регистрируемым аппаратурой радиационного контроля на контрольных пунктах даже при возможном поглощении его грузом или стенками контейнера (транспортного средства);
• он не должен быть редким, напротив — широко распространенным, доступным на рынке;
• химическое соединение и физическая форма, в которой может использоваться источник, не должны быть токсичными.

Какой изотоп был в итоге предложен и почему?

В результате многостороннего анализа мы предложили применять изотоп ⁶⁰Со. Можно использовать два варианта носителя: капсулу, изготовленную из нержавеющей стали, в которую заключен радиоактивный источник, или изготовленный из природного металлического кобальта образец нужной формы, облученный в канальном реакторе для получения нужной активности.

Кроме того, мы обсуждаем перспективность использования комбинации радионуклидов (например, ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs) для идентификации с использованием средств спектрометрии. Так, теоретически возможно в разных местах (или в разное время) использовать комбинацию изотопов в различном количественном соотношении. Определение изотопного состава и отношения активностей может быть использовано для локализации места добычи контрабандного товара.

Помимо изотопа, нужно было также продумать метод его внедрения в рог животного. Какие методы рассматривались?

Во-первых, изготовление металлического образца нужной формы (условно назовем его «гвоздь») и внедрение его в массив рога с помощью строительного пистолета. Во-вторых, изготовление специальной оснастки, с помощью которой изотоп вводится в просверленный канал в массиве рога и запечатывается компаундом.

Методы обращения с изотопами должны быть как можно более простыми, потому что ветеринарные хирурги, которые будут вводить эти изотопы, не являются квалифицированными специалистами по радиационной защите.

В результате мы предложили несколько приемлемых вариантов изотопов и способов их внедрения в рог животного. Окончательное решение будет принято, по-видимому, на месте проведения работ, чтобы учесть все возможные нюансы.

Насколько безопасна эта процедура для животного и для персонала?

Безопасность — важнейшее условие проекта, поэтому приоритет для нас — строгое соблюдение предписаний нормативных документов, регламентирующих подобную деятельность.

Мы проанализировали те локации, где персонал теоретически может подвергаться воздействию облучения от радиоактивных источников: это место подготовки образца, транспортировка источника к месту полевых работ и непосредственное введение изотопа в рог животного. По результатам экспертизы выданы четкие рекомендации по организации каждого этапа этих работ.

Особое место занимает вопрос безопасности животного, в рог которого внедряется радиоактивный изотоп. Решению этой задачи посвящен второй этап наших работ по проекту.

В несколько этапов было проведено компьютерное моделирование мощности эквивалентной дозы, создаваемой в различных тканях носорога радиоактивными гамма-­излучателями, размещенными непосредственно в роге. Объектом моделирования стала голова животного, поскольку именно она находится вблизи источника и подвергается максимальному воздействию гамма-­излучения. Были привлечены высококвалифицированные специалисты в области анализа объемных томографических снимков. Ученые рассчитали перенос гамма-­излучений методом Монте-­Карло и провели моделирование мощности эквивалентной дозы в критически важных тканях (мозг, хрусталик глаза, кожа в непосредственной близости от источника).

Подведите, пожалуйста, вкратце итоги выполненной работы.

Основные результаты первого этапа экспертизы можно кратко сформулировать так.

1. Определены радионуклиды, оптимальные для достижения целей проекта Rhisotope: форма, габариты, способы приготовления образца. Конкретные рекомендации переданы заказчику.
2. Рекомендован следующий метод имплантации радиоактивного образца в рог животного: помещение образца в просверленный канал с использованием специальной оснастки для удобства.
3. Проведена оценка радиационной опасности для персонала на всех этапах работы с радиоактивными образцами: подготовка образцов, их транспортировка на место проведения работ, работа с источниками при имплантации. Выработаны рекомендации для обеспечения безопасности персонала с учетом требований международных нормативных документов.

Результаты второго этапа экспертизы:

1. Проведен анализ физико-­химических характеристик тканей животного.
2. Разработан алгоритм моделирования распределения мощности дозы.
3. Проведено компьютерное моделирование мощности эквивалентной дозы, создаваемой в различных тканях носорога радиоактивными гамма-­излучателями, размещенными непосредственно в роге.

Подробное описание выполненных нами работ, заключение и рекомендации наши эксперты передали заказчику.