Il progresso tecnologico deve molto alla nostra comprensione scientifica dei materiali che utilizziamo per costruire il mondo che ci circonda, dalle batterie dei cellulari più durature ai nuovi farmaci.

Scienziati e ingegneri si affidano a una suite completa di strumenti per comprendere le proprietà dei materiali a livello atomico e molecolare, e usano varie sonde come la luce visibile, laser, ultrasuoni, raggi X, elettroni e neutroni. Ogni strumento rivela determinate proprietà dei materiali, generare conoscenza che guida a una migliore comprensione e miglioramenti.

I fasci di neutroni sono tra i più singolari, e sono usati per studiare materiali e processi a livello subatomico. I neutroni sono una delle parti costitutive di tutti gli atomi e, insieme ai protoni, formare il nucleo di un atomo. Offrono una sensibilità senza pari agli elementi luminosi e ai magneti e grazie alle loro proprietà di penetrazione uniche possono fornire immagini chiare dell'interno degli oggetti senza disturbarli.

Accesso ai neutroni

Lo studio scientifico che utilizza i neutroni richiede una quantità sufficiente per essere prodotta da personale specializzato, laboratori di grandi dimensioni. Il Canada è stato un pioniere in questo campo, e la maggior parte di quella ricerca, più di 120 documenti di ricerca all'anno che coinvolgono 250 ricercatori canadesi, è emersa dal National Research Universal Reactor (NRU) a Chalk River, Ont. Però, la NRU è stata chiusa nel 2018, arrestando molti progressi scientifici.

La mancanza di accesso ai neutroni è profondamente sentita dai ricercatori in Canada, ma questo non è un problema unico. Globalmente, molte sorgenti di neutroni sono alla fine del loro ciclo di vita, e alcuni hanno recentemente chiuso. Questo vuoto di risorse rappresenta un'opportunità unica per il Canada.

Gli scienziati canadesi stanno ora elaborando una nuova strategia nazionale sui neutroni per ricostruire la capacità canadese di ricerca con fasci di neutroni. Sono attualmente in corso piani immediati e a breve termine, come la partnership con sorgenti di neutroni estranee e l'utilizzo del reattore nucleare McMaster al massimo delle sue potenzialità.

leadership canadese

Nuove sorgenti di neutroni rafforzeranno la leadership del Canada nella scienza e nella tecnologia nucleare a lungo termine. Le sorgenti di neutroni con acceleratore compatto (CANS) sono sorgenti di neutroni alternative, e stanno guadagnando terreno nella comunità scientifica globale.

I CANS possono essere costruiti e gestiti a un costo inferiore e, poiché non usano la fissione, ci sono meno problemi normativi. Ciò facilita la costruzione di CANS in luoghi come un campus universitario, rendendo i fasci di neutroni significativamente più accessibili ai ricercatori sui materiali e aprendo nuove frontiere per il Canada, come l'utilizzo di radiazioni di neutroni per i trattamenti contro il cancro.

Come ricercatori, abbiamo tre usi molto diversi per i neutroni. Drew Marquardt, un biochimico, utilizza i neutroni per studiare la struttura-funzione delle membrane cellulari. Zahra Yamani è una scienziata fisica che ricerca materiali quantistici e altri materiali emergenti, quei materiali in tecnologie innovative. Come radioterapista, Ming Pan usa i neutroni per curare il cancro.

La nostra proposta CANS è composta da tre componenti principali:un acceleratore di protoni, un gruppo target-moderatore che realizza i neutroni e le linee di luce dei neutroni che portano a strumenti per la ricerca, uso industriale o trattamenti medici.

Convenienza e accessibilità

La bellezza della tecnologia CANS risiede sia nel suo costo inferiore, rispetto ad altri tipi di sorgenti di neutroni, sia nella sua versatilità. Sebbene molto promettente in linea di principio, ci sono stati relativamente pochi tentativi di implementare un CANS multiuso su un utile, scala pratica. Ricercatori in Francia, Germania e Giappone stanno perseguendo la tecnologia CANS per varie applicazioni.

Le applicazioni di CANS variano dallo studio di nuovi materiali a nuovi trattamenti contro il cancro. È qui che il Canada può ancora una volta prendere l'iniziativa sviluppando una sorgente di neutroni in grado di consentire diverse attività in un'unica struttura:dall'insegnamento e dalla ricerca guidata dalla facoltà alla medicina.

Recentemente, abbiamo avviato sforzi per progettare un tale CANS in grado di servire l'ampia gamma di applicazioni richieste dai ricercatori e dai medici canadesi. La nostra iniziativa cerca di fare qualcosa che nessun CANS ha fatto:intendiamo fornire assistenza sia alla medicina che alla ricerca sui materiali innovativi con una struttura all'avanguardia.

Applicazioni mediche

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) è una radioterapia mirata contro il cancro in cui i neutroni reagiscono con il boro che si è accumulato nei tumori. La reazione neutrone-boro produce una forma di radiazione all'interno dei tumori verso le cellule cancerose dall'interno. Avere la capacità di colpire e distruggere le cellule tumorali lasciando intatte le cellule sane vicine, BNCT promette di essere efficace contro molte forme di cancro. Il CANS in fase di progettazione faciliterebbe il primo centro nazionale BNCT in Canada, rendendolo uno dei pochi centri di questo tipo progettati per il trattamento dei pazienti a livello globale.

Oltre BNCT, l'acceleratore di protoni richiesto per un CANS può essere utilizzato anche per produrre determinati isotopi medici. Saremo in grado di produrre isotopi di diagnostica per immagini per scansioni di tomografia a emissione di positroni (PET) ai centri di diagnostica per immagini locali.

Ricerca sui materiali

La nostra proposta CANS ha lo scopo di fornire neutroni ai ricercatori canadesi per la loro ricerca sui materiali innovativi oltre alla medicina. Costruiremo la strumentazione che faciliterà la ricerca di "materiali morbidi" che vanno da come i batteri diventano resistenti agli antibiotici e come funzionano i nuovi agenti antitumorali alle domande chiave dell'industria alimentare relative alla composizione nanoscopica del latte.

Lo strumento di imaging dei neutroni presso la nostra struttura CANS proposta può servire una varietà di applicazioni, dall'indagine sulle imperfezioni nei blocchi motore e nelle turbine allo studio dell'assorbimento di acqua in nuove varietà di colture o sui contenuti interni di manufatti archeologici.

Stiamo impiegando un nuovo approccio per fornire neutroni agli investigatori sia nella medicina per il trattamento delle malattie che nella ricerca sui materiali, tutti utilizzando la stessa struttura in modo conveniente. I nostri sforzi sono la prima fase di un programma a lungo raggio per sviluppare una sorgente di neutroni basata su acceleratori così compatta. È tempo che il Canada, ancora una volta, dimostri la leadership nella ricerca.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.