Ny neutronkilde i Canada ville anspore innovation, medicinske behandlinger

Teknologiske fremskridt skyldes meget vores videnskabelige forståelse af de materialer, vi bruger til at bygge verden omkring os, fra længerevarende mobiltelefonbatterier til ny medicin.

Forskere og ingeniører er afhængige af en komplet pakke af værktøjer til at forstå materialers egenskaber på atom- og molekylært niveau, og de bruger forskellige sonder såsom synligt lys, lasere, ultralyd, røntgenstråler, elektroner og neutroner. Hvert værktøj afslører visse egenskaber ved materialer, generere viden, der guider til bedre forståelse og forbedringer.

Neutronstråler er blandt de mest unikke, og bruges til at studere materialer og processer på subatomært niveau. Neutroner er en af ​​bestanddelene i alle atomer og, sammen med protoner, danner et atoms kerne. De tilbyder uovertruffen følsomhed over for lyselementer og magneter, og på grund af deres unikke gennemtrængende egenskaber kan de give klare billeder af det indre af objekter uden at forstyrre dem.

Adgang til neutroner

Videnskabelige undersøgelser med neutroner kræver, at en tilstrækkelig mængde produceres af specialiserede, store laboratorier. Canada har været en pioner på dette område, og størstedelen af ​​denne forskning - mere end 120 forskningsartikler om året med 250 canadiske forskere - stammer fra National Research Universal Reactor (NRU) i Chalk River, På T. Imidlertid, NRU blev lukket i 2018, standse en masse videnskabelige fremskridt.

Manglende adgang til neutroner mærkes dybt af forskere i Canada, men dette er ikke et unikt problem. Globalt, mange neutronkilder er ved slutningen af ​​deres livscyklus, og nogle har for nylig lukket ned. Dette ressourcevakuum udgør en unik mulighed for Canada.

Canadiske videnskabsmænd udstikker nu en ny national neutronstrategi for at genopbygge canadisk kapacitet til forskning med neutronstråler. Umiddelbare og kortsigtede planer er i øjeblikket undervejs, såsom partnerskab med udenlandske neutronkilder og udnyttelse af McMaster Nuclear Reactor til sit fulde potentiale.

Canadisk ledelse

Nye neutronkilder vil styrke Canadas lederskab inden for atomvidenskab og teknologi på lang sigt. Compact Accelerator Neutron Sources (CANS) er alternative neutronkilder, og de vinder indpas i det globale videnskabelige samfund.

CANS kan bygges og drives til en lavere pris og, da de ikke bruger fission, der er mindre regulatorisk besvær. Dette letter konstruktionen af ​​CANS på steder såsom et universitetscampus, at gøre neutronstråler væsentligt mere tilgængelige for materialeforskere og åbne nye grænser for Canada, såsom at bruge neutronstråling til kræftbehandlinger.

Som forskere, vi har tre meget forskellige anvendelser til neutroner. Drew Marquardt, en biokemiker, bruger neutroner til at undersøge struktur-funktionen af ​​cellemembraner. Zahra Yamani er en fysikforsker, der forsker i kvante og andre nye materialer, disse materialer i innovative teknologier. Som stråleonkolog, Ming Pan bruger neutroner til at behandle kræft.

Vores foreslåede CANS består af tre hovedkomponenter:en protonaccelerator, en mål-moderator-samling, der laver neutroner og neutronstrålelinjer, der fører til instrumenter til forskning, industriel brug eller medicinske behandlinger.

Overkommelighed og tilgængelighed

Skønheden ved CANS-teknologi ligger både i dens lavere omkostninger - sammenlignet med andre typer neutronkilder - og dens alsidighed. Selvom det i princippet er meget lovende, der har været relativt få forsøg på at implementere en multifunktions CANS på en nyttig, praktisk skala. Forskere i Frankrig, Tyskland og Japan forfølger CANS-teknologi til forskellige applikationer.

Anvendelser af CANS varierer fra undersøgelse af nye materialer til nye kræftbehandlinger. Det er her, Canada igen kan gå forrest ved at udvikle en neutronkilde, der er i stand til at muliggøre forskellige aktiviteter på en facilitet:fra undervisning og fakultetsstyret forskning til medicin.

For nylig, vi har iværksat bestræbelser på at designe en sådan CANS, der kan servicere det brede anvendelsesområde, som kræves af canadiske forskere og læger. Vores initiativ søger at gøre noget, ingen CANS har gjort:vi har til hensigt at servicere både medicin og innovativ materialeforskning med et topmoderne anlæg.

Medicinske applikationer

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) er en målrettet strålekræftbehandling, hvor neutronerne reagerer med bor, der har ophobet sig i tumorer. Neutron-borreaktionen producerer en form for stråling i tumorerne til kræftcellerne indefra. At have evnen til at målrette og ødelægge kræftceller, mens nabocellerne efterlades intakte, BNCT lover at være effektiv mod mange former for kræft. Den CANS, der bliver designet, vil lette det første nationale BNCT-center i Canada, hvilket gør det til et af kun en håndfuld af sådanne centre designet til patientbehandling globalt.

Ud over BNCT, den protonaccelerator, der kræves til en CANS, kan også bruges til at producere visse medicinske isotoper. Vi vil være i stand til at producere billeddiagnostiske isotoper til positronemissionstomografi (PET)-scanninger til lokale medicinske billeddiagnostiske centre.

Materialeforskning

Vores foreslåede CANS er beregnet til at give neutroner til canadiske forskere til deres innovative materialeforskning ud over medicin. Vi vil bygge instrumentering, der vil lette forskning i "bløde materialer", lige fra hvordan bakterier bliver resistente over for antibiotika og hvordan nye anti-cancer midler fungerer til centrale spørgsmål fra fødevareindustrien i forbindelse med mælkens nanoskopiske sammensætning.

Neutronbilleddannelsesinstrumentet på vores foreslåede CANS-anlæg kan tjene en række forskellige anvendelser, fra undersøgelse af ufuldkommenheder i motorblokke og turbiner til undersøgelse af vandoptagelse i nye afgrødestammer eller det indre indhold af arkæologiske artefakter.

Vi anvender en ny tilgang til at levere neutroner til efterforskere både inden for medicin til behandling af sygdom og i materialeforskning, alle ved at bruge den samme facilitet på en omkostningseffektiv måde. Vores indsats er første fase i et program med længere rækkevidde for at udvikle en så kompakt acceleratorbaseret neutronkilde. Det er på tide, at Canada – endnu en gang – demonstrerer lederskab inden for forskning.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.