Жидкий гелий, самый холодный элемент на Земле, необходим для поддержания работы магнитов в аппаратах МРТ. Без него врачи лишились бы важного медицинского инструмента.
Тот самый легкий химический элемент, придающий воздушным шарам их плавучесть в воздухе, одновременно приводит в действие жизненно важные аппараты медицинской диагностики. МРТ не будет работать без 2000 литров сверххолодного жидкого гелия, обеспечивающего магнитам достаточное рабочее охлаждение. Но гелий – невозобновляемый химический элемент, залегающий глубоко в земной коре – истощается, заставляя администрации больниц нашей планеты задаваться вопросом, как спланировать будущую деятельность при малом запасе этого газа.
«Гелий стал серьезной проблемой», — заявил профессор радиологии Махадеваппа Махеш («Школа медицины Джона Хопкинса», Балтимор). «Особенно сейчас, на фоне геополитической ситуации».
Поставки гелия нестабильны уже многие годы. Это особенно верно в отношении Соединенных Штатов, поскольку контролируемые федеральными властями техасские месторождения гелия истощаются и правительство пытается передать право собственности на добычу в Техасе частным рынкам.
До 2022-го Штаты рассчитывали, дефицит гелия на их внутреннем рынке восполнит Россия. Огромное новое предприятие, практически завершенное на востоке РФ (прим. Инфосми: речь идет об Амурском ГПЗ, на фото), должно было обеспечить мировому рынку почти одну треть всей потребности в гелии, но пожар, произошедший там в январе 2021-го, нарушил сроки начала поставок. Хотя российское предприятие и может возобновить работу в любой момент, однако теперь препятствием в торговле между Россией и Штатами является ситуация вокруг Украины.
По словам Фила Корнблута, главы Kornbluth Helium Consulting, в настоящее время четыре из пяти крупных поставщиков гелия внутри США ввели нормирование этого элемента. Т.е. американские поставщики отдают приоритет отрасли здравоохранения, сокращая поставки гелия менее важным клиентам.
«На гелий сейчас длинная очередь», — сообщила Донна Крафт, менеджер компании Premier Health, заключающей контракты между поставщиками гелия и примерно 4000 больниц. «Скорее всего надувать воздушные шарики в сувенирном магазине гелием больше не придется».
Американские клиники пока еще не отменяют назначенные пациентам МРТ и не планируют выключать аппараты. Однако стоимость гелия Штатах растет угрожающими темпами – возможно, уже на 30%, предположил Корнблут. Но поскольку проблема нехватки гелия остается неразрешимой, будущее МРТ слишком неопределенно.
Товар первой медицинской необходимости
Массивные аппараты МРТ являются основным инструментом учреждений здравоохранения с 1980-х. Эти приборы обеспечивают изображения с высоким разрешением, позволяющие врачам видеть отдельные элементы органов, костей и тканей, которые зачастую не видны на рентгеновских снимках.
«Получаются четкие изображения, различимы мягкие ткани», — пояснил доктор Скотт Ридер, руководитель отделения МРТ в «Школе медицины и общественного здравоохранения» Университета Висконсина. «Этот исследование занимает центральное место во многих вещах, которыми мы занимаемся в современной медицине».
МРТ помогает врачам диагностировать опухоли головного мозга, инсульты, травмы спинного мозга, заболевания печени и рак. Трехмерные изображения, создаваемые этим аппаратом, по мнению экспертов, заменить попросту нечем.
Чтобы заглянуть внутрь тела, в МРТ используются магнитные поля и радиоволны. Когда пациент лежит неподвижно внутри трубчатого магнитного поля, атомы его тела слегка резонируют с сильными магнитными токами. Затем импульсы радиоволн сообщают датчикам машины, где и какие ткани находятся, после чего аппарат создает их визуальное отображение.
Поддержание магнитного тока МРТ в сверхпроводящем состоянии требует сильного холода. Вот тут-то и становится необходим гелий: сжиженный газ с температурой кипения минус 268,9оС является самым холодным элементом на Земле. Закачанный внутри магнита МРТ гелий позволяет току проходить без сопротивления.
«Гелий – то, что обеспечивает постоянную работу магнита», — заявил Махадеваппа Махеш. «Для нас это товар первой необходимости».
Для работы МРТ требуется около 2000 литров жидкого гелия и выкипающий в аппарате «солнечный» газ необходимо периодически пополнять. По оценкам Махадеваппа Махеша, за полный срок службы установке МРТ требуется 10 000 литров жидкого гелия (согласно производителю МРТ GE Healthcare, срок их службы составляет 12,8 лет). В 2015-м в Соединенных Штатах насчитывалось порядка 12 000 аппаратов МРТ, что делало Америку одним из крупнейших потребителей гелия в мире.
Удачной замены гелию нет
Проблема в том, что никакой другой химический элемент не является достаточно холодным для МРТ. «Альтернативы нет», — сказала Донна Крафт из Premier Health. «Без гелия МРТ придется отключать».
GE Healthcare и Siemens разрабатывают МРТ, которым потребуется меньшее количество жидкого гелия. «Сименс» недавно представил аппарат, нуждающийся лишь в 0,7 литра гелия. А GE, по словам его менеджера Иоанниса Панайотелиса, выпустила установку, которая «в 1,4 раза эффективнее предыдущих моделей».
Однако эти аппараты не будут широко доступными, да и замена 12 000 аппаратов МРТ в Штатах, каждый из которых весит более 22 тонн – совсем не быстрое решение. Между тем, американские больницы продолжают устанавливать обычные аппараты МРТ, чтобы удовлетворить спрос на диагностические сканирования.
В то время как врачи в Штатах боятся возможных наихудших сценариев с нехваткой гелия, ученые, использующие это химический элемент в исследованиях, уже вынуждены отменять исследования. Когда этим летом американские поставщики стали нормировать гелий, физики Гарвардского университета Амир Якоби и Филип Ким свернули почти половину проектов в своих лабораториях.
«Нехватка жидкого гелия побуждает нас искать способы проведения тех же экспериментов без него», — сообщил Якоби.
«В земной коре содержится очень ограниченное количество гелия», — пояснил Ким. «Когда он испаряется, то полностью теряется в открытом космосе».