3

Применение и развитие альтернативных технологий

Национальные и международные организации все чаще признают риски для безопасности и ответственность, связанную с владением и использованием радиоактивных источников категорий 1 и 2, и некоторые намеренно прекращают их использование и заменяют их альтернативными технологиями. Однако проблемы с добровольным внедрением этих технологий остаются, особенно там, где нет подходящих альтернативных технологий или где альтернативы потребуют от организаций более высоких затрат на предоставление сопоставимых услуг. В этой главе анализируются экономические и другие соображения, влияющие на принятие решений о внедрении альтернатив радиоактивным источникам, а также усилия, предпринимаемые для разработки альтернативных технологий.

3.1 ТЕХНОЛОГИИ, АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РАДИОАКТИВНЫМ ИСТОЧНИКАМ

В этом отчете рассматриваются в первую очередь те альтернативные технологии, в которых в качестве источника не используется радионуклид (нерадиоизотопные альтернативы). Радиоизотопные альтернативы, например, те, в которых используется тот же радионуклид, но с другой химической или физической формой или используется другой радионуклид, который потенциально представляет меньшую угрозу безопасности, в целом не рассматриваются. Исключением является использование застеклованного цезия-137 в качестве возможной альтернативы источникам хлорида цезия, как описано в разделах 4.1.3 и 6.4.

Во многих случаях альтернативные технологии уже являются стандартной практикой. Например, в странах с высоким уровнем дохода наружная лучевая терапия с использованием линейного ускорителя (linac) в настоящее время является стандартной практикой радиотерапии при лечении рака и других заболеваний вместо телетерапии с использованием источников кобальта-60 (см. раздел 4.3). Что касается телетерапии, обсуждение альтернативных технологий наиболее актуально для стран с низким и средним уровнем доходов (СНСД), многие из которых переходят на использование линейных ускорителей для лучевой терапии.

3.1.1 Нерадиоизотопные альтернативные технологии

В целом, наиболее продвинутыми и коммерчески жизнеспособными альтернативными технологиями для целей, рассматриваемых в этом отчете, являются устройства, использующие электричество для создания электронных лучей, которые напрямую облучают объекты или косвенно производят рентгеновские лучи для облучения путем столкновения с металлическим анодом. Для любой цели электронные пучки можно условно разделить на электроны с низкой или высокой энергией. Электроны с низкой энергией колеблются от десятков кэВ (килоэлектронвольт) до приблизительно 500 кэВ и генерируются фиксированной разностью потенциалов между катодом и анодом, которая определяет энергию электронов. Эта категория включает обычные рентгеновские трубки и источники электронов для поверхностной

обработки материалов. Электроны высокой энергии генерируются как машинами с фиксированным потенциалом, так и линейными ускорителями. Машины высокой энергии с постоянным потенциалом включают генераторы Van de Graff и Dynamitron. Диапазон их энергии составляет от 1 до примерно 5 мегаэлктрон вольт (МэВ). Хотя они также используют постоянный потенциал, они намного больше рентгеновских трубок. Линейные ускорители используют электромагнитную энергию, обычно на микроволновых частотах, в резонансных полостях для ускорения электронов без необходимости поддерживать очень большие электрические потенциалы. Существенно для замены радиоактивного источника то, что они используются для создания электронных пучков от 1 до более 20 МэВ. Линейные ускорители — это источник электронов для типов облучения, применяемых для многих целей, рассматриваемых в этом отчете.

Все источники электронов начинаются с катода, который излучает электроны. В линейном ускорителе катод является частью электронной «пушки», которая испускает электроны, которые затем ускоряются электрическим полем. Чтобы ускорить эти электроны до требуемых энергий, линейные ускорители используют ускоряющий волновод — электромагнитные поля — для получения более высоких кинетических энергий. Для генерации рентгеновских лучей эти электроны высокой энергии ударяют цель из тяжелого металла и быстро замедляются, генерируя «излучение торможения» (bremsstrahlung) в форме широкого и непрерывного энергетического спектра рентгеновских лучей. В устройствах с пучком электронов магниты направляют эти электроны высокой энергии на цель. Схематическое представление принципов работы источников гамма-излучения, пучка электронов и рентгеновского излучения показано на рисунке 3.1.

Для производства нейтронов ускоряются ионы дейтерия (D или ²H), а не электроны. Эти ионы ускоряются высокоскоростным пучком с помощью линейного ускорителя и направляются на мишень, содержащую атомы дейтерия или трития (T или ³H) для генерации нейтронов. Столкновения D-T предпочтительны, поскольку их выход нейтронов в 50-100 раз выше, чем от столкновений D-D; однако тритий является радиоактивным изотопом водорода с периодом полураспада 12,5 года, в то время как дейтерий — стабильный изотоп водорода.

Распределение энергии источников радиоизотопов, рентгеновского излучения и электронного пучка в корне отличается. Распад радиоизотопов обычно генерирует спектры энергии с резкими пиками, с первичными гамма-лучами только на одном или нескольких уровнях энергии. Например, первичные гамма-лучи кобальта-60 находятся на уровнях 1,173 и 1,333 МэВ, а цезия-137 — на уровне 662 кэВ. Рентгеновские лучи, напротив, производят широкий спектр, который включает рентгеновские лучи всех энергий ниже максимальной энергии и средней энергии, составляющей примерно одну треть максимальной энергии. Во врезке 3.1 приводятся три величины — мощность, энергия и доза, — которые имеют значение для оценки эквивалентности трех источников излучения.

факторы, как капитальные затраты (включая цену покупки и адаптации объекта), эксплуатационные расходы (включая обучение и обслуживание), производительность, нормативные требования и аккредитации, риски для безопасности, ответственность и варианты утилизации (см. приложение Е). Обычно по сравнению с радиоактивными источниками альтернативные технологии требуют следующих затрат:

• более высокие первоначальные затраты на покупку;
• более квалифицированный персонал для их эксплуатации;
• более частые поломки и ремонт, требующие дорогих договоров на обслуживание;
• более низкие нормативные требования и требования лицензирования деятельности, связанной с безопасным управлением и транспортировкой;
• вероятно более высокие требования безопасности, связанные с высоким напряжением, высоким вакуумом, сжатыми газами, используемыми в этих технологиях;
• более высокие затраты, связанные с расширением производственных мощностей;
• большая зависимость от стабильности электрических и водных сетей;
• существенно более низкие расходы на вывод из эксплуатации и более четкие правила и пути утилизации;
• более низкие риски, связанные с ответственностью за ущерб третьим сторонам, вызванный ненадлежащим использованием.

3.2 ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Эффективное внедрение технологий требует инженерных сооружений и организации, облегчающих их эффективное внедрение и использование. В странах с высоким уровнем дохода государственные институты обычно поддерживают как развитие технологий, так и их внедрение. Поэтому при оценке технологий для замены в странах с высоким уровнем дохода институциональная среда по большей части может считаться данностью, и можно сосредоточиться на том, в какой степени технологии могут обеспечивать сравнимые услуги и требуют больших затрат, что рассматривается в следующем разделе.

В СНСД институциональная среда зачастую не оказывает поддержки внедрению альтернативных технологий. Правительства и другие национальные организации могут не иметь достаточно ресурсов для поддержки персонала, необходимого для реализации, обслуживания и эффективного использования новых технологий для оказания услуг населению, таких как здравоохранение. Следовательно, при оценке замещающей технологии в СНСД необходимо обязательно учитывать институциональную среду, в которых должны работать технологии, а также возможности и стоимость технологий.

Возможность использования линейных ускорителей в качестве альтернативы аппаратам для телетерапии с кобальтом-60 подробно рассматривается в разделе 4.3.3 с помощью нескольких тематических исследований, которые иллюстрируют проблемы, связанные с внедрением альтернативных технологий в СНСД. В Соединенных Штатах почти полный отказ от устройств на кобальте-60 в телетерапии был связан в первую очередь с превосходными техническими возможностями линейных ускорителей. Однако в СНСД оценка реалистичности внедрения этой технологии требует учета институциональных ресурсов на ее поддержание. Некоторые институциональные и общие инфраструктурные слабости часто затрудняют и даже делают невозможным эффективное использование линейных ускорителей: координация сроков строительства и поставки устройств может быть затруднена из-за недостаточного количества персонала на таможне; подача электричества может быть ненадежной; врачи могут не быть подготовлены для эффективного использования устройств; в стране может отсутствовать квалифицированный ремонтный персонал. Учреждение, которое рассматривает возможность замены аппаратов телетерапии на кобальте-60, может не иметь ресурсов для преодоления этих недостатков, чтобы сделать линейные ускорители жизнеспособными альтернативами аппаратам телетерапии на кобальте-60. Некоторые организации, в том числе Международное агентство по атомной энергии, Фонд международного развития OPEC и Агентство по международному развитию США, оказываются помощь с внедрением альтернативных технологий в СНСД посредством проведения обучения, помощи с заключением договоров на линейные ускорители или принятии на себя части расходов на внедрение технологий. Однако остается ряд проблем, которые негативно сказываются на предоставлении медицинских услуг.

3.3 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Решение о замене радиоактивных источников альтернативными технологиями в частных организациях и сроках такой замены является сложным. Чтобы понять эти сложности, комитет рассмотрел основные экономические аспекты решений о замене (см. приложение E). В своем обзоре комитет делает два утверждения, которые указывают на важность государственной политики в продвижении внедрения технологий замены.

1. Институциональные факторы влияют на экономическую осуществимость замещающих технологий, а также потенциально на их желательность с социальной точки зрения. В Соединенных Штатах и других странах с высоким уровнем дохода нормативно-правовая база влияет на соответствующие затраты и выгоды альтернативных технологий. В СНСД на решения больше влияют ограниченные возможности инфраструктуры и человеческого капитала.
2. Внешние эффекты при использовании радиоактивных источников могут привести к тому, что частные организации не примут коммерчески доступные технологии замены, которые были бы социально полезными, например, потому что они снижают риски злонамеренных действий, таких как использование радиологического рассеивающего устройства (RDD).

Жизнеспособность любой потенциальной замещающей альтернативной технологии зависит от институционального контекста ее использования, а также от ее физических характеристик. Государственная политика может изменить институциональный контекст. Например, государственное регулирование может уменьшить внешние затраты на использование радиоактивных источников, делая злонамеренное использование менее вероятным. Международные усилия по адаптации замещающих технологий к условиям развивающихся стран могут сделать их более жизнеспособными. Поскольку частные организации не несут полную стоимость использования радиоактивных источников, они могут не применять социально выгодные замещающие технологии, даже если они коммерчески доступны. Государственная политика, которая перекладывает на организации большую часть нынешних внешних затрат на радиоактивные источники, например, требует больших взносов на покрытие затрат на захоронение, делает заменяющие технологии относительно более привлекательными.

От частных организаций можно ожидать, что они выберут технологии, обеспечивающие максимальную разницу между ожидаемыми выгодами и затратами с учетом воспринимаемых рисков. Если эти выгоды и затраты являются всеобъемлющими в том смысле, что они включают все расходы и выгоды, которые несут другие в обществе, тогда этот частный расчет также повышает социальную ценность выбора в смысле направления ресурсов на самые ценные области использования. Однако, если выгоды и затраты для частных организаций, рассматривающих возможность внедрения технологии, не являются инклюзивными, тогда выбор, который является благоприятным для частно организации, может не быть благоприятным для общества. Выгоды и затраты различных вариантов, которые не несет частная организация, делающая выбор, называются внешними эффектами. Использование радиоактивных источников обычно включает внешние издержки, связанные с риском инцидента или злоумышленного действия, связанных с радиоактивным источником и утилизацией источника.

Как указано в приложении Е, экономические аспекты уже используемых радиоактивных источников могут существенно отличаться от новых решений, если сравнивать издержки их жизненного цикла со стоимостью альтернатив. Обычно высокие первоначальные затраты на радиоактивные источники не учитываются при рассмотрении вопроса о замене этих находящихся в эксплуатации устройств с длительным оставшимся сроком полезного использования. Следовательно, альтернативные технологии, которые являются дешевыми при принятии новых решений, могут не быть дешевыми с точки зрения пользователя уже находящегося в эксплуатации устройства. Большинство устройств, содержащих радиоактивные источники основаны на зрелых технологий, которые служили много лет и в целом доказали свою надежность. Эта зрелость также относится к текущим стоимостным преимуществам. Однако она также свидетельствует о том, что затраты вряд ли будут снижаться. Поскольку радиоизотопы иногда бывают в дефиците, как это обстоит в настоящее время с кобальтом-60, стоимость устройств, содержащих радиоактивные источники, может увеличиться. В то же время, соотношение затрат и выгоды многих альтернативных технологии, коммерчески доступных в настоящее время, не еще не достигших своей зрелости, вероятно, улучшится по мере того, как они будут завоевывать большие доли рынка и усилия исследователей и разработчиков будут направлены на то, чтобы сделать их более простыми и выгодными. Кроме того, некоторые замещающие технологии могут обеспечивать услуги более высокого качества по мере их развития, как, например, в случае линейных ускорителей по сравнению с телетерапией на основе кобальта-60. Эти тенденции, вероятно, сделают альтернативные технологии все более привлекательными.

3.4 ПРОМОУТЕРЫ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Регулирующие органы могут сыграть определенную роль в поощрении пользователей к рассмотрению альтернативных технологий, поскольку усиленное регулирование может сдерживать дальнейшее использование радиоактивных источников. К сдерживающим факторам могут относиться повышенные нормативные требования к безопасности источников, предоставление финансовых гарантий для обращения по истечении срока службы (см. раздел 2.8.4) и требование к лицензиатам обосновывать необходимость использования высокоактивного радиоактивного источника до получения на него разрешения. Политика сдерживания имеет рыночные и социальные последствия, и эти последствия требуют тщательного анализа до реализации такой политики.

Комиссия по ядерному регулированию США (КЯР США) не продвигает и не поощряет использование альтернативных технологий для снижения рисков для безопасности, связанных с радиоактивными источниками. Если кандидат на получение лицензии КЯР США на радиоактивные материалы может продемонстрировать безопасное и надежное использование материалов, заявка будет одобрена, даже если существует нерадиоизотопная альтернатива. КЯР США перед выдачей лицензии проводит инспекцию объекта заявителя, чтобы удостовериться, что заявитель принял применимые меры безопасности до получения радиоактивных материалов категорий 1 или 2. Несколько организаций, включая Инициативу по борьбе с ядерной угрозой (NTI) (Iliopulos et al., 2019) и Счетную палату правительства (GAO) (2019 г.), критически относятся к тому, что КЯР США не играет проактивной роли в поддержке нормативных изменений для ограничения использования радиоактивных источников или поощрении более широкого использования альтернативных технологий.

В государствах-участниках соглашения некоторые регулирующие органы поощряют упреждающую превентивную политику, которая обеспечивает сдерживающее регулирование для владения лицензиями на радиоактивные источники, в то время как другие следуют минимальным федеральным требованиям и играют роль исполнителей кодекса. Например, Отдел радиологического здоровья Калифорнийского департамента министерства здравоохранения поощряет использование альтернативной технологии посредством предоставления информации о требованиях для лицензирования цезия-137 и требованиях для регистрации рентгеновских аппаратов, чтобы сделать информацию доступной при внедрении и более понятной. Если новая заявка на лицензию на облучатель с цезием-137 получена для утверждения или продления регулирующим органом, государственный регулирующий орган информирует лицензиата о доступных альтернативных технологиях и требует обоснования использования цезия-137 (Iliopulos and Boyd, 2020). В отличие от КЯР США, который не регулирует излучающие радиацию устройства, страны-участники соглашения регулируют как радиоактивные источники, так и устройства, излучающие радиацию.

Некоторые организации облегчили внедрение альтернативных технологий, прежде всего, путем создания сетей заинтересованных сторон для информирования о рисках и ответственности, связанных с радиоактивными источниками; способствуя обсуждению данных о производительности, расходах и проблемах, связанных с внедрением альтернатив; предоставляя инструменты для помощи в принятии более информированных решений. Результатом этих усилий является то, что некоторые больницы, исследовательские центры и правительства все больше признают риски, связанные с радиоактивными источниками, и некоторые добровольно избавляются от них, заменяя их, когда появляются жизнеспособные альтернативы. Тем не менее, большинство этих организаций определяют себя как «технологически нейтральные» и не способствуют технологиям, альтернативным радиоактивным источникам, в рамках своей миссии. Также ни одна организация в настоящее время не предоставляет всей информации, необходимой для внедрения альтернативных технологий в различных областях применения.

Международная радиационная ассоциация (IIA) и Всемирный институт ядерной безопасности (WINS) являются двумя примерами организаций, которые занимались техническими или процедурными аспектами, связанными с внедрением альтернативных технологий (см. краткое описание их работы в разделе 1.5), не выступая при этом за определенные технологии. Например, IIA отметила, что поддерживает безопасное и полезное использование всех форм радиации, включая гамма-излучение (IIA, 2018), и не поддержала проект билля регулирования развития энергетических и водных ресурсов Сената секции 402 законотворчества за отчетный 2015 год, в котором содержалось требование об отказе от радиоактивных источников в медицине через несколько лет (IIA, 2014). Кроме того, опыт и целевая аудитория IIA и WINS в основном касаются вопросов радиационных технологий и ядерной или радиологической безопасности соответственно и не занимаются нерадиационными методиками, которые могут быть альтернативами радиоактивным источникам, например, генетическими методами для замены техники стерилизации насекомых. NTI является еще одной организацией, вносящей ценный вклад во внедрение альтернативных технологий, но, как и у WINS, ее основной целью является уменьшение рисков.

В 2016 году несколько агентств в США, включая КЯР США, Министерство энергетики, Министерство внутренней безопасности и Агентство по охране окружающей среды, сформировали Межведомственную рабочую группу по альтернативам радиоактивным источникам высокой активности (GARS). Задача группы заключалась в проведении оценки того, как федеральные агентства участвуют в деятельности, связанной с высокоактивными радиоактивными источниками и их альтернативами; в том, чтобы привлекать соответствующие федеральные агентства к разработке идей относительно их потенциального перехода на альтернативные технологии; поддерживать процесс дальнейших исследований и разработок альтернативных технологий и разработать руководство по передовой практике для федеральных агентств по реализации долгосрочного перехода на альтернативные технологии. Члены GARS предоставили ряд рекомендаций федеральным агентствам для передовой практики успешного перехода с радиоактивных источников высокого риска на альтернативные технологии и порядка ее включения в стратегический план каждого агентства (NSTC, 2016). Рекомендации охватывают четыре категории возможных федеральных действий: (1) федеральные закупки и предоставление грантов; (2) приоритеты агентства; (3) образование и разъяснительная работа; (4) НИОКР. Кроме того, рабочая группа представила ряд рекомендаций федеральным агентствам, в том числе о том, что они должны:

1. Способствовать внедрению альтернативных технологий в программах и на объектах с федеральным финансированием, поощряя использование стимулов для добровольной замены, специального финансирования и облегченной конверсии.
2. Привлекать все основные заинтересованные стороны в процесс внедрения альтернативных технологий и признать роль производителей и дистрибьюторов.
3. Учитывать затраты на полный жизненный цикл высокоактивных источников, включая затраты на безопасность, утилизацию и потенциальную ответственность.
4. Уравновешивать соответствующие эксплуатационные и технические потребности пользователя.

Отделение радиационной безопасности (ОРБ) Национальной администрации ядерной безопасности (NNSA) продвигает внедрение и развитие нерадиоизотопных альтернативных технологий как часть своей миссии. Представитель NNSA, который выступил перед комитетом¹, отметил, что эта задача стала частью миссии агентства в соответствии с рекомендациями отчета Национальных Академий 2008 г. правительству США реализовать политику стимулирования для облегчения внедрения замещающих технологий. Представитель также отметил, что дальнейшая поддержка включения этой задачи в миссию агентства была оказана Целевой группой по защите и безопасности источников излучения в отчетах Конгрессу, в которых правительству США рекомендовалось стимулировать альтернативы и подавать пример (U.S. NRC, 2010, 2014c, 2018).

Деятельность, которую ОРБ ведет внутри страны и за рубежом для выполнения миссии продвижения альтернативных технологий, описана в разделах 2.4.2 и 3.6. Несмотря на значительный прогресс, одно правительственное агентство США не может работать в этой области в одиночку для решения проблемы в глобальном контексте. Более значительный вклад в продвижение внедрения и развития нерадиоизотопных альтернативных технологий во всем мире может быть обеспечен за счет более широкого участия и сотрудничества дополнительных правительственных агентств США, правительств других стран, международных организаций и других заинтересованных сторон. Поступили рекомендации, чтобы Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) учредило программу, нацеленную на альтернативные технологии, в определенных рамках, с определенной миссией и сроками (Roughan, 2018). Комитет согласен с тем, что МАГАТЭ располагает техническими возможностями для создания и управления успешной программой. Кроме того, оно имеет доступ к контактам и данным государств-членов и может использовать эти ресурсы для расширения возможностей приобретения, эксплуатации и обслуживания альтернативных технологий. Однако комитету не ясно, входит ли в настоящее время продвижение альтернативных технологий в миссию МАГАТЭ. Хотя некоторые виды деятельности МАГАТЭ очевидно поощряют внедрение альтернативных технологий, агентство все еще может предоставлять источники высокой активности для медицинских и промышленных целей посредством своей программы технического сотрудничества государствам-членам, запрашивающим такую поддержку, при условии их соответствия требуемым стандартам безопасности. Кроме того МАГАТЭ осуществляет деятельность по запросу государств-членов, так что, если государства члены не обратятся в МАГАТЭ с поручением заняться определенной деятельностью в отношении альтернативных технологий, маловероятно, что такая программу будет приоритетной для агентства.

Требуется ведущая роль организации или сети организаций в стимулировании продвижения и развития технологий, альтернативных радиоактивным источникам. Такая организация может помочь облегчить доступ к информации путем учреждения национальных и международных информационных центров, обеспечения доступности и широкого рекламирования такой информации и предоставления легкого доступа к полной информации. Такая организация могла бы помочь сделать существенный прогресс в продвижении внедрения альтернатив.

3.5 ПРОГРЕСС В ОБЛАСТИ ВНЕДРЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

WINS определил ряд вопросов, которые организации должны рассмотреть при оценке возможности внедрения альтернативных технологий (WINS, 2018a). Вот эти вопросы:

1. Каковы потребности организации?
2. Какие варианты замены лучше всего удовлетворят эти потребности?
3. Обеспечит ли новая технология сопоставимые результаты?
4. Понадобятся ли перепланировка существующего объекта и переобучение сотрудников?
5. Как насчет надежности и обслуживания?
6. Каковы затраты?
7. Что означает изменение с точки зрения безопасности и защиты от радиации?

___________________

¹ Ланс Гаррисон, NNSA, выступление перед комитетом 26 февраля 2021 г.

8. Что подразумевает изменение с точки зрения нормативного регулирования?
9. Каков объем потенциальной ответственности?

Ответы на эти вопросы варьируются в зависимости от применения, а также от принимающей организации. В главах 4-6 комитет анализирует варианты альтернативных технологий и прогресс во внедрении этих альтернативных технологий в медицине и исследованиях (глава 4), для стерилизации (глава 5) и в других областях промышленности (глава 6). Некоторые из основных моментов, рассматриваемых в этих главах, сведены в таблицу 3.1.

3.6 РАЗВИТИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Несколько крупных компаний инвестируют в исследования и разработки с целью улучшить существующий продукт или разработать новый продукт для конкретной коммерческой цели. Крупные компании, например, те, что занимаются производством медицинских устройств, часто имеют значительные бюджеты, направляемые на исследования и разработки, и часто располагают собственными отделами исследований и развития, которые ведут текущие проекты для достижения целей их бизнеса. В главе 4 комитет рассматривает два случая усилий производителей систем наружной лучевой терапии, направленных на разработку линейных ускорителей, которые могут надежно работать в сложных условиях, например в СНСД, где случаются частые перебои электроснабжения. Подробности текущих проектов этих крупных компаний часто не раскрываются на начальных этапах разработки. Трансформация творческой идеи в коммерческий продукт в случае успеха может занять несколько лет (часто больше десятилетия) и требует существенных инвестиций.

NNSA, как и другие федеральные агентства, направляет часть своего ежегодного бюджета на внешние исследования и развитие (около 3 процентов) для финансирования небольших компаний через программу «Исследования для инноваций в малом бизнесе» (SBIR). ORS и Отдел исследований и развития в области нераспространения ядерных технологий NNSA финансируют около 30 проектов SBIR и «Передачи технологий малому бизнесу» (STTR), и около трети из них относятся к технологиям, альтернативным радиоактивным источникам. Другие темы, финансируемые SBIR, включают обнаружение радиации, космические датчики и дистанционное обнаружение. Отделения NNSA определяют темы исследований и развития в своих обращениях, и средства выделяются на конкурентной основе после проверки предложения и оценки совместно ORS и отделом исследований и развития в области нераспространения ядерного оружия NNSA.

Программа SBIR состоит из трех этапов²:

• Целью первого этапа является определение технических достоинств, технико-экономических и коммерческих возможностей предлагаемого исследования или инноваций и оценка деятельности малого предприятия-потенциального грантополучателя до перехода к этапу II. Гранты SBIR и STTR этапа I не превышают 50 000-250 000 долл. на 6 месяцев (SBIR) или 1 год (STTR). Грантами первого этапа распоряжается отдел исследований и развития департамента нераспространения ядерного оружия NNSA.
• Целью этапа II является продолжение исследований или НИОКР, начатых на этапе I. Как правило, только получатели грантов этапа I имеют право на получение гранта этапа II, и около 50% лауреатов этапа I переходят к этапу II. Премия SBIR и STTR этапа II обычно составляет 750 000 долларов США на 2 года. Грантами второго этапа также распоряжается отдел исследований и развития департамента нераспространения ядерного оружия NNSA.
• Целью третьего этапа являются задачи коммерциализации малым бизнесом целей, достигнутых в результате предыдущих этапов. Премии третьего этапа за проекты альтернативных технологий обычно присуждает ORS NNSA.

По состоянию на декабрь 2020 года NNSA профинансировало четыре проекта этапа I, шесть проектов этапа II и два проекта этапа III по технологиям, альтернативным радиоактивным источникам (см. таблицу 3.2). Часть фондов SBIR и STTR для финансирования альтернативных технологий была направлена на проекты, обеспечивающие потенциальные усовершенствования существующих решений, например, развитие рентгеновских источников с плоской панелью для использования для облучения крови и исследовательских целей. Другие средства были направлены на проекты, направленные на то, чтобы заполнить пробел и разработать новые инновационные решения проблем, для которых в настоящее время нет решения, например, строительство недорогих компактных линейных ускорителей для метода стерилизации насекомых и других целей.

___________________

² См. https://www.sbir.gov/about.

ТАБЛИЦА 3.1 Прогресс в области внедрения альтернативных технологий в различных сферах

ПРИМЕЧАНИЕ: CIRP = проект замены цезиевого облучателя; э-луч = луч электрон; EtO = оксид этилена; HDR = высокая доза; keV = килоэлектрон фольт; linac = линейный ускоритель; СНСД = страна с низким и средним уровнем доходов.

ТАБЛИЦА 3.2 Проекты SBIR и STTR, профинансированные на декабрь 2020 года

ПРИМЕЧАНИЕ: SBIR = исследования инноваций в малом бизнесе; STTR = передача технологий малому бизнесу.

Комитет пригласил исследователей и разработчиков технологий, участвующих в этих проектах SBIR, выступить на своем собрании по сбору информации в декабре 2020 года (подробности см. в приложении B), и обобщает состояние некоторых из этих проектов в главах 4–6 отчета. Комитет не приглашал других представителей малого бизнеса, которые разрабатывают подобные технологии, но не поддерживаются NNSA.

Развитие этих новых технологий для потенциального практического применения, вероятно, потребует как частного, так и государственного финансирования. На разных этапах процесса спонсор принимает решение о том, оправданы ли дополнительные инвестиции, и если да, то как их можно получить. Продолжение развития технологии часто обусловлено способностью решать проблемы, связанные с фундаментальной физикой и инженерией. Поскольку большинство этих проектах находятся на очень ранних этапах развития, еще невозможно полностью оценить, насколько сложно будет достичь этих целей. Однако, помимо технологических проблем, ряд других факторов влияет на продолжение развития технологии, включая веру инвестора в итоговую коммерческую ценность технологии, способности разработчика как продавца, ожидаемые сроки достижения зрелости продукта, патенты и интеллектуальная собственность, сотрудничество разработчиков с последующими участниками из частного сектора и реальная или воспринимаемая перспектива конкурентоспособности по отношению к альтернативным технологиям.

Федеральные агентства США часто оценивают новые технологии по девятибалльной шкале уровня технологической готовности (TRL): базовые технологические исследования и подтверждение выполнимости, TRL 1, 2 и 3; развитие технологий, TRL 4 и 5; демонстрация технологии, TRL 6; ввод системы в эксплуатацию, TRL 7 и 8; эксплуатация систем, TRL 9 (DOE, 2011). SBIR, как правило, находятся на ранних стадиях зрелости (TRL 2–5), и их продвижение к коммерциализации является неопределенным, поскольку они сталкиваются с препятствиями, связанными с выводом на рынок многообещающих исследовательских идей и открытий. Потребуются значительные инвестиции для развития и потенциальной коммерциализации этих технологий, процесс, который может занять годы и даже десятилетия. Этот график разработки альтернативных технологий, вероятно, несовместим с политическим желанием ликвидировать радиоактивные источники высокого риска в гораздо более короткие сроки.

Между открытием и коммерциализацией есть критический период времени, когда критичное для поддержания процесса инновации финансирование может отсутствовать. Это период, показанный на рисунке 3.2, известен как «долина смерти» (Islam, 2017; Klitsie et al., 2019; Nemet et al., 2018). В то время как государственное или частное финансирование может помочь на ранних этапах разработки, коммерциализация обычно находится в ведении частного сектора. Однако некоторые неопределенности могут сдерживать частных инвесторов: разработка идет методом проб и ошибок и может не привести к жизнеспособному коммерческому продукту; разработка может длиться годы и даже десятилетия, в связи с чем возврат на инвестиции откладывается; большой временной период разработки может затруднить прогнозирование прибыльного рынка для продукта. В целом, эти источники неопределенности будут большими для продуктов, в которых задействуются более новые и сложные технологии. Кроме того, так же, как частники не учитывают внешние факторы

при выборе коммерчески доступных технологий, инвесторы вероятнее всего не учитывают внешние факторы при принятии решений об инвестировании в разработку замещающих технологий. Могут потребоваться посреднические организации, такие как сети потенциальных пользователей или спонсоров от правительства, чтобы помочь социально желательным технологиям пережить «долину смерти» (Islam, 2017).

3.7 ГЛАВА 3 «ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ»

Вывод 7: многие национальные и международные правительственные и неправительственные организации внесли свой вклад в повышение узнаваемости альтернативных технологий как способа снижения рисков безопасности от радиоактивных источников. Однако ни одна организация в настоящее время не имеет возможности продвигать широкий спектр альтернативных технологий и решать проблемы, связанные с их внедрением, в глобальном контексте. Такая организация или сеть организаций могла бы объединить техническую, нормативную, финансовую, политическую и специфическую для страны информацию о ресурсах, чтобы повлиять на решения о внедрении альтернативных технологий и облегчить переход к альтернативным технологиям для медицинских, исследовательских и коммерческих целей.

Некоторые организации, в том числе NNSA, IIA, WINS, NTI и МАГАТЭ облегчили внедрение альтернативных технологий, прежде всего, путем создания сетей для заинтересованных сторон для информирования о рисках и ответственности, связанных с радиоактивными источниками; способствуя обсуждению данных о производительности, расходах и проблемах, связанных с внедрением альтернатив; предоставляя инструменты для принятия решений. Помимо этого, NNSA также финансирует НИОКР и сравнительные исследования. Результатом этих усилий является то, что больницы, исследовательские центры и правительства все больше признают риски, связанные с радиоактивными источниками, и некоторые добровольно избавляются от них, заменяя их, если есть жизнеспособные альтернативы.

Требуется ведущая роль организации или сети организаций в стимулировании продвижения и развития технологий, альтернативных радиоактивным источникам. Такая организация или сеть организаций может помочь облегчить доступ к информации путем учреждения национальных и международных информационных центров, обеспечения доступности и широкого рекламирования такой информации и предоставления легкого доступа к полной информации. Значительный прогресс во внедрении альтернативных технологий мог бы быть достигнут при наличии такой организации или сети.

Вывод 8: прогресс в разработке альтернативных технологий для разных применений и радионуклидов был неравномерным (см. таблицу 3.1). За исключением облучения крови, где рентгеновская технология считается эквивалентной облучению цезием-137, и наружной лучевой терапии, в которой технология линейного ускорителя считается превосходящей телетерапию с использованием кобальта-60, широко распространенных технологий замены для других применений не существует. В некоторых областях применения подходящие для замены технологии не разработаны.

Как описано в выводе 12, несмотря на технологические достижения в области медицины, существуют проблемы с внедрением альтернативных технологий в СНСД.

В таблице 3.1 обобщается текущее состояние развития альтернативных технологий для медицинских, исследовательских и коммерческих целей. Прогресс в принятии альтернативных технологий варьируется от широкого внедрения, как в случае с рентгеновской технологией для облучения крови и линейным ускорителем для внешней лучевой терапии, до все более широкого внедрения, как в случае с электронно-лучевой технологией для стерилизации медицинских устройств, и отказа от внедрения, как в случае с развитием альтернативной технологии калибровочных источников цезия-137.

Вывод 9: несколько крупных компаний инвестируют в исследования и разработки, чтобы найти решения конкретных проблем, связанных с внедрением альтернативных технологий. Трансформация творческой идеи в коммерческий продукт в случае успеха может занять несколько лет (часто больше десятилетия) и требует существенных инвестиций.

Крупные компании, например, те, что занимаются производством медицинских устройств, могут иметь значительные бюджеты, направляемые на исследования и разработки, и часто располагают собственными отделами исследований и развития, которые ведут текущие проекты НИОКР для достижения целей их бизнеса. Подробности разрабатываемых проектов этих крупных компаний не часто раскрываются на начальных этапах разработки продукта.

Вывод 10: несколько небольших компаний реализуют проекты развития альтернативных технологий при финансовой поддержке программ для малых предприятий, посвященных инновациям, и программ передачи технологий для малых предприятий, находящихся в ведении Национального управления ядерной безопасности.

ORS в сотрудничестве с Отделом НИОКР Департамента по нераспространению ядерного оружия NNSA финансирует примерно 10 проектов SBIR и STTR по разработке технологий, альтернативных радиоактивным источникам. Эти отделения NNSA определяют темы исследований и развития в своих обращениях, и средства выделяются на конкурентной основе после проверки и оценки предложения. Часть фондов SBIR и STTR направляется на проекты, обеспечивающие потенциальные усовершенствования существующих решений, например, развитие рентгеновских источников с плоской панелью для использования для облучения крови и исследовательских целей. Другие средства направляются на проекты, направленные на то, чтобы заполнить пробел и разработать новые инновационные решения проблем, для которых в настоящее время нет решения, например, строительство недорогих компактных линейных ускорителей для стерилизации насекомых и других целей.

На сегодняшний день не все радиоактивные источники могут быть заменены альтернативной технологией, поскольку такая замена либо технологические не существует, либо не продемонстрировала эквивалентные или улучшенные характеристики по сравнению с радиоактивным источником. У NNSA есть возможность продвинуться вперед в поиске многообещающих альтернатив для этих применений через программы SBIR и STTR. Комитет определил три таких применения — облучение в исследовательских целях, каротаж и калибровка, — и предоставляет конкретные рекомендации NNSA и другим федеральным партнерам посвятить НИОКР и поддерживать исследования эквивалентности альтернатив (см. рекомендацию F в главе 4 и рекомендации H и I в главе 6).