Najbardziej zapracowaną Marię w Polsce można znaleźć na Mazowszu. Gdy rano do centrum Warszawy ciągnie sznur samochodów, w przeciwną stronę, w kierunku otwockich lasów, jedzie ponad tysiąc pracowników Marii. Doborowy zespół - niemal sami profesorowie, doktorzy, inżynierowie. Spytani o Marię, nie szczędzą jej komplementów: że ma świetną budowę, że jest jedną z najlepszych na świecie, że choć niemłoda, trzyma się świetnie. Bo Maria, która wiek balzakowski już przekroczyła i ma za sobą parę lat na bezrobociu, ani myśli o wcześniejszej emeryturze. Właśnie przedłużono jej kontrakt o dekadę, a jej pracownicy zapewniają, że bez problemu popracuje jeszcze drugie tyle.

Maria to reaktor jądrowy. Jedyny działający w Polsce. Znajduje się w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Jest reaktorem badawczym - mniejszym i o znacznie słabszej mocy niż reaktory spotykane w elektrowniach atomowych. Ją i całe NCBJ stworzono dla nauki podstawowej. Takiej, z której powstają doktoraty, habilitacje i rozprawy naukowe, a która niewiele ma wspólnego z realną gospodarką. I rzeczywiście, początkowo reaktor wykorzystywali głównie naukowcy. Jednak od kilkunastu lat Maria służy i nauce, i gospodarce. Gdyby nagle ją wyłączyć, życie kilkudziesięciu tysięcy chorych w całej Polsce byłoby zagrożone. W niebezpieczeństwie byłyby kolejne tysiące na całym świecie. Aby zrozumieć, jak to możliwe, trzeba sprawdzić, co dzieje się w środku reaktora.

Reaktor to urządzenie, w którym zachodzi kontrolowana reakcja rozszczepiania jąder atomowych. - Najpierw rozpędzane są neutrony, które następnie uderzają w paliwo jądrowe i powodują, że znajdujące się w nim jądra atomowe uranu rozpadają się na mniejsze elementy. Produktem tej reakcji są kolejne neutrony, które w sposób lawinowy powodują powstanie energii jądrowej oraz ciepła - tłumaczy Maciej Lipka z Zakładu Techniki Reaktorów Badawczych z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku.

Reakcję rozszczepienia odkryto, jak to często bywa, zupełnie przypadkiem. Dwaj niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Strassmann za pomocą neutronów bombardowali uran. Spodziewali się, że w ten sposób odkryją nowe pierwiastki promieniotwórcze o masie większej od masy uranu. W grudniu 1938 roku w swojej próbce badawczej zamiast spodziewanych nowych pierwiastków ciężkich odkryli ślad atomów baru, czyli metalu o połowę lżejszego od uranu.

"Czy to możliwe, że uran 239 może się rozpaść do baru i technetu? Bardzo interesowałoby mnie Twoje zdanie, ewentualnie mogłabyś przeprowadzić wyliczenia i je opublikować" - napisał po odkryciu Otto Hahn do swojej koleżanki, austriackiej fizyk Lise Meitner. Przez lata pracowała ona z dwójką niemieckich badaczy, jednak kilka miesięcy wcześniej musiała uciekać z Niemiec. Miała żydowskie korzenie i po zajęciu Austrii przez Hitlera znalazła się w niebezpieczeństwie. Schroniła się w Szwecji i tam zaczęła badać problem Hahna. To ona wraz ze swoim siostrzeńcem wyjaśniła, że dziwne zjawisko to rozszczepienie jąder uranu.

Wówczas naukowcy rzucili się do badań atomowych. Historia sprawiła, że prace zostały ściśle ukierunkowane - przez całą II wojnę światową zastanawiano się, jak wykorzystać rozszczepienie atomów do zabijania ludzi. To w wojskowych laboratoriach powstawały pierwsze reaktory. Gdy strzały ucichły, zaczęły służyć do produkcji prądu lub do badań naukowych.

Właśnie z myślą o prowadzeniu badań Polska zdecydowała się w latach 50. na powołanie Instytutu Badań Jądrowych (w 2011 roku przemianowano go na Narodowe Centrum Badań Jądrowych) oraz uruchomienie reaktora jądrowego. Reaktor o nazwie Ewa (to akronim od słów eksperymentalny, wodny, atomowy) wzięto od Rosjan. W 1955 roku ZSRR zaoferował krajom bloku wschodniego sprzedaż reaktorów doświadczalnych. Polskie władze szybko podpisały umowę na kupno takiej maszyny opiewającą na 15 mld dolarów amerykańskich. Gdy naukowcy w dopiero co powołanym Instytucie Badań Jądrowych zobaczyli wycenę, złapali się za głowy. Według ich analiz reaktor był wart co najwyżej 3,5 mld dolarów. Wtedy za głowy złapali się Rosjanie. - Skąd kraj, który nie ma żadnego doświadczenia w budowie reaktorów, może wiedzieć, ile to kosztuje?! - argumentowali. W końcu Polacy pokazali im ofertę, którą dostali od angielskiej firmy. Brytyjczycy zaproponowali reaktor o podobnych parametrach, ale po dużo niższej cenie. Dopiero to przekonało ZSRR. Ostatecznie urządzenie wraz z paliwem kupiono za 5,5 mld dol.

W 1958 roku uruchomiono Ewę. Choć reaktor był dziełem radzieckich inżynierów, to naukowcy w Świerku znacznie go przebudowali. Tuż po uruchomieniu jego pierwotna moc cieplna wynosiła 2 MW. Kilka lat później wzrosła pięciokrotnie, do 10 MW, ale zdarzały się okresy, gdy reaktor pracował z mocą 12 MW. Ewa działała przez 37 lat po 3,5 tys. godzin rocznie. Jak podkreślają w NCBJ, przez cały ten czas nigdy nie uległa awarii ani nie doszło do skażenia.

Doświadczenie zdobyte przy Ewie posłużyło naukowcom do stworzenia Marii. - W przeciwieństwie do poprzedniego reaktora Maria to konstrukcja niemal od początku do końca polska. Naturalnie jest wzorowana na konstrukcji radzieckiej, jednak została na tyle zmodyfikowana, że można powiedzieć, iż jest to reaktor polski - opowiada Maciej Lipka. Wszystkie jego elementy powstały w kraju. Sprowadzane są jedynie paliwo oraz beryl i grafit wykorzystywane w rdzeniu.

Choć reaktor budowano w latach 70., to przeszedł on wiele usprawnień. Jak zapewniają naukowcy nadal jest w świetnej kondycji, zwłaszcza w porównaniu z konkurencyjnymi reaktorami. Paradoksalnie Marii pomogło bezrobocie. Przez dekadę była wyłączona z użycia. Dzięki temu ma dziś za sobą zaledwie 30-letni okres eksploatacji, a jej europejscy konkurenci mają na karku około 50 lat.

W reaktorach, które stoją w elektrowniach atomowych, najważniejsze jest ciepło wydzielane podczas reakcji. Zamienia się je w energię mechaniczną, a tę w prąd elektryczny, który później trafia do domów i fabryk. Inaczej jest z reaktorami badawczymi takimi jak Maria. W ich wypadku najważniejsze jest promieniowanie, czyli wiązka neutronów, która powstaje podczas rozpadu jąder atomów. Wykorzystuje się ją do różnych celów. Dzięki niej można np. odkrywać najbardziej fundamentalne prawa przyrody. Można badać pręty paliwowe i materiały, z których później budowane są elektrownie atomowe, albo zgłębiać strukturę ciał stałych. Wszystko zależy od tego, co naukowcy postawią na drodze pędzących neutronów.

W Świerku średnio raz na tydzień wkładane są do reaktora tarcze uranowe. Po 150 godzinach są z niego wyjmowane i specjalnym transportem wysyłane do Holandii. Tam z napromienionych tarcz pozyskiwany jest molibden-99, jeden z izotopów (odmian) molibdenu. To właśnie z niego można wytworzyć technet-99m wykorzystywany w medycynie nuklearnej. Co roku około 30 mln procedur diagnostycznych na całym świecie, w których wykorzystuje się izotopy promieniotwórcze, jest wykonywanych właśnie z użyciem technetu-99m. W ten sposób można wykryć źle funkcjonującą tarczycę, nerki czy płuca, zobaczyć, w których miejscach krew nie dopływa do serca, albo sprawdzić, czy w kościach nie tworzą się guzy.

Produkowanie molibdenu-99 nie jest wcale proste. Choć na świecie działa około 235 reaktorów badawczych, jedynie 8 z nich opanowało tę sztukę. Wśród nich jest Maria. Idzie jej świetnie. Kiedy kilka lat temu był problem z reaktorem w Holandii i został on tymczasowo wyłączony, Maria z dnia na dzień przejęła jego produkcję i w dużym stopniu pomogła zażegnać światowy kryzys w medycynie nuklearnej. W tej chwili polski reaktor zaspokaja około 20 proc. globalnego zapotrzebowania na molibden-99. Jeden tydzień jego pracy to pomoc dla 100 tys. pacjentów na całym świecie. Co ciekawe, taką pozycję NCBJ osiągnął w zaledwie pięć lat, bo dopiero w 2010 roku Centrum zdecydowało o rozpoczęciu napromieniania tarcz uranowych. Teraz NCBJ planuje zwiększenie swojego udziału w światowej produkcji Mo-99. Okoliczności są sprzyjające, bo w najbliższym czasie zostaną wygaszone dwa reaktory, które do tej pory wytwarzały molibden. Dla Świerku to duża szansa, by przejąć ich rynki.

Centrum chce się też specjalizować w produkcji samego technetu. Technet-99 m jest bardzo nietrwałym izotopem - jego okres półtrwania wynosi 6 godzin. - To oznacza, że w ciągu 6 godzin rozpada się połowa wyjściowej liczby atomów - tłumaczy prof. Renata Mikołajczak, pełnomocnik dyrektora ds. naukowych oraz współpracy krajowej i międzynarodowej w Ośrodku Radioizotopów Polatom. Dla lekarza to doskonale - ta cecha technetu sprawia, że jest on wręcz idealnym radioznacznikiem w tomografii komputerowej, bo w krwi pacjenta utrzymuje się zaledwie sześć godzin. Z punktu widzenia transportu to jednak fatalnie. Gdyby transportować sam technet, to ledwie materiał wyjechałby od producenta, a już przestałby działać.

Co innego molibden. Jego okres półtrwania wynosi około dwa tygodnie. Dlatego technet przewozi się w postaci generatorów, czyli niewielkich, przenośnych urządzeń wypełnionych molibdenem, i dopiero w ośrodkach radioterpaii wytwarza się z generatorów tyle technetu, ile potrzeba w danym momencie. Naukowcy ze Świerku opracowali własny generator technetu, a teraz chcą otworzyć nową linię technologiczną - po zakończeniu inwestycji Świerk byłby w stanie produkować 500 generatorów technetu-99m tygodniowo, co zaspokoiłoby zapotrzebowanie tysiąca szpitali na całym świecie. Wytworzony w reaktorze molibden przetwarzają już komercyjne firmy. Jednak Maria produkuje też inne radioizotopy dla medycyny. I chodzi nie tylko o substancję promieniotwórczą, lecz także o całe radiofarmaceutyki.

Produkcją radiofarmaceutyków zajmuje się część NCBJ zwana Polatom. Dziś jest głównym dostawcą izotopów dla medycyny w Polsce i liczącym się graczem na świecie. - Izotopy promieniotwórcze to nie tylko zagrożenie dla człowieka, ale przede wszystkim pomoc i lekarstwo - mówi prof. Renata Mikołajczak. - Wytwarzamy izotopy promieniotwórcze, które znajdują zastosowanie w medycynie, zarówno w diagnostyce, jak i terapii.

Wspomniany technet-99 m wykorzystuje się w diagnostyce, jod-131 - do leczenia schorzeń tarczycy, stront-89 - do leczenia bólu przy niektórych nowotworach, lutet-177 - w leczeniu guzów neuroendokrynnych itd. - To, do czego stosujemy radiofarmaceutyki, zależy od tego, jaka jest droga podanego leku w organizmie pacjenta i cechy schorzeń - dodaje prof. Mikołajczak.

Radiofarmaceutyki powstają podobnie jak technet - dzięki napromienieniu tarcz z wybranego metalu. Po skończonej reakcji próbki emitują promieniowanie, dlatego ludzie nie mogą mieć z nimi bezpośredniego kontaktu. Stąd wszystkie kolejne procedury odbywają się w specjalnych komorach. Z rdzenia reaktora próbki transportowane są pod grubą warstwą wody do tzw. komór gorących. Tam za pomocą szczypców przepakowuje się je do specjalnych zasobników i wysyła kilkaset metrów dalej, właśnie do Polatomu. Tu, w odpowiednich komorach napromieniony materiał przechodzi przez kolejne procesy: jest rozpuszczany, filtrowany, wydzielany, aż w końcu ląduje w żelatynowej osłonce albo w fiolkach. Wyglądałby jak najzwyklejsze lekarstwo, gdyby nie to, że jest umieszczany w pojedynczych opakowaniach. Potem zamiast do tekturowych pudełek pakuje się go do ołowianych walców ważących nawet 6 kg.

Teraz trzeba jeszcze wysłać lekarstwa do chorych. - Codziennie wyjeżdżają od nas samochody i codziennie dostarczamy świeżo wyprodukowane izotopy do naszych odbiorców - opowiada prof. Mikołajczak.

Ze Świerku izotopy jadą do ponad 60 zakładów leczniczych w całej Polsce zajmujących się medycyną nuklearną. W kraju rozchodzi się tylko 30 proc. produkcji, pozostałe 70 proc. trafia do innych państw. - Na przykład jod-131 sprzedajemy praktycznie do wszystkich zakątków świata - dodaje prof. Mikołajczak.

Naukowcy z NCBJ cały czas opracowują nowe leki. Jedno z ich ostatnich osiągnięć to Techimmuna stosowana w diagnostyce reumatoidalnego zapalenia stawów. Choroba ta dotyka co setną osobę, a współczesna medycyna wciąż nie zna na nią lekarstwa. Jedynym rozwiązaniem jest więc szybka diagnostyka. I właśnie w tym ma pomóc preparat ze Świerku. - Techimmuna to preparat izotopowy, w którym cząsteczkę ludzkiej immunoglobuliny G otrzymywanej z białek osocza zmodyfikowano tak, żeby można było łatwo przyłączać do niej izotop promieniotwórczy technet-99m. Po wprowadzeniu do ciała pacjenta preparat gromadzi się w miejscach, w których występują stany zapalne, a promieniowanie emitowane przez technet-99m pozwala je zlokalizować – tłumaczy prof. Mikołajczak.

Promieniowanie można otrzymać nie tylko w reaktorze jądrowym, ale też w akceleratorze, czyli urządzeniu, które przyspiesza naładowane cząstki, np. elektrony, do prędkości bliskich prędkości światła. - Fizycy wolą mówić, że do wysokich energii - wtrąca dr Paweł Krawczyk, dyrektor Zakładu Aparatury Jądrowej w NCBJ.

Robi się to przy użyciu mikrofal, dokładnie takich jak te w domowych kuchenkach. W wyniku przyspieszenia cząstki zderzają się ze sobą i powstaje wiązka promieniowania gamma. Inaczej nazywa się je przenikliwym, ponieważ potrafi przechodzić przez większość materiałów - przez płótno, stal, metal i ludzkie ciało.

Akceleratory fizycy stworzyli w latach 30. ubiegłego stulecia. Przez pierwsze ćwierć wieku były głównie drogimi zabawkami dla naukowców. Mało kto mógł wówczas przypuszczać, że kiedykolwiek będą służyły gospodarce. Sytuacja zmieniła się w połowie lat 50. za sprawą Henry'ego Kaplana, młodego lekarza z Uniwersytetu Stanforda. Po śmierci ojca (zmarł na raka) Kaplan zainteresował się onkologią. W szczególności zafascynowała go radioterapia. Sam pomysł, aby wykorzystać promieniowanie rentgenowskie do leczenia nowotworów, nie był nowy - wpadła na niego sama Maria Skłodowska-Curie. Promieniowanie działa bowiem zabójczo na wszystkie żywe komórki, także rakowe. Promienie przechodzą przez ludzkie ciało, a następnie koncentrują się w tkance nowotworowej i ją niszczą. Na początku do radioterapii stosowano rad albo aparaty rentgenowskie. Jednak efekty były nie najlepsze, poza tym zwykle przy leczeniu naświetlani byli i pacjent, i lekarz. Trzeba było znaleźć sposób na bezpieczniejsze i bardziej precyzyjne kierowanie wiązki promieniowania na guzy.

Kiedyś Kaplan na przyjęciu podsłuchał, że dwóch fizyków za Stanfordu buduje maszynę do rozbijania atomów. Młody lekarz zgłosił się więc do nich i wkrótce zaczął pracować nad przerobieniem akceleratora na potrzeby radioterapii. - To był naturalny krok - tłumaczy dr Krawczyk. - Po pierwsze, akcelerator jest urządzeniem bezpiecznym. Wytwarza promieniowanie tylko wtedy, gdy jest podłączony do prądu. Jeśli wyłączymy zasilanie, przerwiemy proces i promieniowanie nie powstanie. Dlatego nie ma zagrożenia, że ktoś ukradnie akcelerator, żeby zbudować brudną bombę. Po drugie, w akceleratorze możemy łatwiej uzyskać dobrze skoncentrowaną wiązkę - wyjaśnia.

Wprawdzie pionierami zastosowania akceleratorów w medycynie byli Europejczycy (palma pierszeństwa należy do szpitala w Londynie), ale pierwsze próby leczenia na Starym Kontynencie zakończyły się fiaskiem. Pacjent zmarł. Więcej szczęścia miał Kaplan. W 1956 roku uruchomił swój akcelerator liniowy do zastosowań medycznych. Pierwszym pacjentem był dwuletni chłopiec chory na nowotwór oka. Terapia odniosła sukces, a akceleratory zaczęły służyć gospodarce. Dziś aż 99 proc. tych urządzeń wykorzystuje się właśnie tam: do sterylizacji żywności i sprzętu medycznego, do badania procesów przemysłowych i paliwa w silnikach rakietowych, do sprawdzania zawartości próbek geologicznych, a przede wszystkim do leczenia nowotworów.

Takie maszyny od ponad 35 lat powstają pod Warszawą. Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku jest jednym z zaledwie kilku na świecie producentów akceleratorów do zastosowań w medycynie i przemyśle. Choć kiedy polscy naukowcy zaczynali konstruować akceleratory, niewiele wskazywało na to, że im się uda.

Polska dość szybko dołączyła do państw, które dysponują akceleratorami. W 1937 roku, zaledwie pięć lat po tym, jak powstała pierwsza tego typu maszyna na świecie, Andrzej Sołtan (późniejszy szef Instytutu Badań Jądrowych w Świerku) samodzielnie skonstruował akcelerator kaskadowy. Jeśli chodzi o wykorzystanie tych urządzeń w gospodarce, byliśmy jednak mocno w tyle za krajami Zachodu. 13 lat po wyleczeniu przez Kaplana nowotworu u amerykańskiego dwulatka uruchomiono w Świerku pierwszy akcelerator liniowy. Nazwano go Andrzej, na cześć Andrzeja Sołtana. Podobnie jak amerykański poprzednik Andrzej na początku służył jedynie naukowcom. Gdy zapoznali się oni z konstrukcją i działaniem akceleratora, szybko przeszli do tworzenia kolejnych maszyn i do praktycznych zastosowań. Pod koniec lat 70. na rynku pojawił się Neptun 10P - pierwszy polski (ale na licencji francuskiej) akcelerator do radioterapii nowotworów.

Neptuny w znacznym stopniu zmieniły radiologię w Polsce i w sąsiednich krajach. Pod koniec lat 70. w Polsce nie było jeszcze ani jednego akceleratora medycznego, a w połowie lat 80. maszyny pracowały już w 14 ośrodkach onkologicznych i do Świerku zgłaszały się następne miasta. Z taśm montażowych schodziły kolejne maszyny i jechały za granicę, głównie do „bratnich” krajów: Węgier, NRD, Czechosłowacji, ale też do Włoch, Francji, a nawet do Ameryki Południowej czy Iranu. Ten ostatni kraj do dziś pozostał największym odbiorcą polskich akceleratorów.

W sumie w Świerku wyprodukowano ok. 150 akceleratorów, zarówno do zastosowań medycznych, jak i przemysłowych. - Nie jesteśmy dużym producentem, tylko jednostką badawczą. Naszym głównym celem jest rozwijanie technologii - mówi dr Krawczyk.

Do rozwijania technologii przymusza też NCBJ sytuacja na rynkach. Wraz ze zmianą ustroju spadło zainteresowanie polskimi akceleratorami, które były mniej zaawansowane technologicznie. Powstały więc akceleratory Coline. Są nowoczesne, a wytworzona przez nie wiązka nadaje się do leczenia większości powszechnie spotykanych nowotworów.

W tej chwili naukowcy pracują w Świerku nad dwoma kolejnymi prototypami. Pierwszy z nich to jeszcze nowocześniejszy stacjonarny akcelerator. - Będzie to sprzęt prosty w obsłudze, a jego możliwości będą rosły wraz z kompetencjami personelu, który ma go używać. Posłuży do różnych technik napromieniania - od prostych aż po bardziej zaawansowane, które pozwalają bardziej precyzyjnie skoncentrować wiązkę na guzie - tłumaczy dr Krawczyk. Urządzenie ma być gotowe i certyfikowane już na początku 2016 roku.

Dłużej potrwają prace nad drugim prototypem - ruchomym akceleratorem do terapii śródoperacyjnej. - W ostatnich kilkunastu latach pojawił się pomysł, aby w trakcie zabiegu chirurgicznego bezpośrednio naświetlić miejsce po usunięciu nowotworu. Stąd pomysł na nasze urządzenie - wyjaśnia dyrektor. Powstający akcelerator będzie używany przez lekarzy podczas operacji. Wiążą się z tym jednak kolejne wyzwania. Urządzenie musi być ruchome, aby w każdej chwili mogło podjechać do leżącego na stole pacjenta. Części, które będą się zagłębiały w ciele chorego, muszą nadawać się do sterylizacji. Ponadto maszyna ma być łatwa w obsłudze. Nowy akcelerator powinien być gotowy pod koniec przyszłego roku.

Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku stworzono z myślą o nauce. I NCBJ wciąż dla niej pracuje. Instytut ma jeden z największych dorobków naukowych wśród polskich jednostek badawczych. Co roku jego pracownicy publikują kilkaset prac w międzynarodowych czasopismach naukowych. I co roku coraz bardziej zacieśniają kontakty z biznesem.

Do szukania takiego rozwiązania NCBJ zmusiła rzeczywistość. Dotacja z ministerstwa pokrywa bowiem tylko 30-40 proc. kosztów działania instytutu resztę pieniędzy naukowcy muszą znaleźć na rynku sami. Mierzą się z takim samym problemem, jaki mają naukowcy z innych, równie dobrych ośrodków - z ograniczeniami polskiego rynku. Na razie wciąż niewiele jest na nim firm, które potrzebują usług oferowanych przez Świerk czy EIT+.

W tej chwili gospodarka korzysta jeszcze na współpracy z naukowcami. Ale jeśli zabraknie badaczy do rozwijania technologii, za jakiś czas nie będzie technologii, na których zarobi gospodarka.