El progreso tecnológico debe mucho a nuestra comprensión científica de los materiales que utilizamos para construir el mundo que nos rodea, desde baterías de teléfonos móviles de mayor duración hasta nuevos medicamentos.

Los científicos e ingenieros confían en un conjunto completo de herramientas para comprender las propiedades de los materiales a nivel atómico y molecular. y utilizan varias sondas como luz visible, láseres ultrasonido, Rayos X, electrones y neutrones. Cada herramienta revela ciertas propiedades de los materiales, generar conocimiento que oriente hacia una mejor comprensión y mejoras.

Los haces de neutrones se encuentran entre los más singulares, y se utilizan para estudiar materiales y procesos a nivel subatómico. Los neutrones son una de las partes constituyentes de todos los átomos y, junto con los protones, forman el núcleo de un átomo. Ofrecen una sensibilidad incomparable a los elementos luminosos y los imanes y, debido a sus propiedades penetrantes únicas, pueden proporcionar imágenes claras del interior de los objetos sin molestarlos.

Acceso a neutrones

El estudio científico que utiliza neutrones requiere una cantidad suficiente para ser producida por especialistas, laboratorios a gran escala. Canadá ha sido pionero en este campo, y la mayor parte de esa investigación (más de 120 artículos de investigación por año que involucran a 250 investigadores canadienses) surgió del National Research Universal Reactor (NRU) en Chalk River, Ont. Sin embargo, la NRU se cerró en 2018, frenando gran parte del progreso científico.

Los investigadores de Canadá sienten profundamente la falta de acceso a los neutrones, pero este no es un problema único. Globalmente muchas fuentes de neutrones están al final de su ciclo de vida, y algunos han cerrado recientemente. Este vacío de recursos presenta una oportunidad única para Canadá.

Los científicos canadienses ahora están elaborando una nueva estrategia nacional de neutrones para reconstruir la capacidad canadiense de investigación con haces de neutrones. Actualmente se encuentran en marcha planes inmediatos y a corto plazo, como asociarse con fuentes de neutrones extranjeras y utilizar el reactor nuclear McMaster en todo su potencial.

Liderazgo canadiense

Las nuevas fuentes de neutrones reforzarán el liderazgo de Canadá en ciencia y tecnología nucleares a largo plazo. Las fuentes de neutrones del acelerador compacto (CANS) son fuentes de neutrones alternativas, y están ganando terreno en la comunidad científica mundial.

Las LATAS se pueden construir y operar a un costo menor y, ya que no usan fisión, hay menos molestias regulatorias. Esto facilita la construcción de CANS en ubicaciones como un campus universitario, hacer que los rayos de neutrones sean significativamente más accesibles para los investigadores de materiales y abrir nuevas fronteras para Canadá, como el uso de radiación de neutrones para tratamientos contra el cáncer.

Como investigadores, tenemos tres usos muy diferentes para los neutrones. Drew Marquardt, un bioquímico, utiliza neutrones para investigar la estructura-función de las membranas celulares. Zahra Yamani es una científica física que investiga cuántica y otros materiales emergentes, esos materiales en tecnologías innovadoras. Como oncólogo radioterapeuta, Ming Pan usa neutrones para tratar el cáncer.

Nuestro CANS propuesto consta de tres componentes principales:un acelerador de protones, un conjunto de moderador de objetivo que hace que los neutrones y las líneas de haz de neutrones conduzcan a instrumentos para la investigación, uso industrial o tratamientos médicos.

Asequibilidad y accesibilidad

La belleza de la tecnología CANS radica tanto en su menor costo, en comparación con otros tipos de fuentes de neutrones, como en su versatilidad. Aunque es muy prometedor en principio, Ha habido relativamente pocos intentos de implementar un CANS multipropósito en un lugar útil, escala práctica. Investigadores en Francia, Alemania y Japón están aplicando la tecnología CANS para diversas aplicaciones.

Las aplicaciones de CANS varían desde el estudio de nuevos materiales hasta nuevos tratamientos contra el cáncer. Aquí es donde Canadá puede volver a tomar la iniciativa mediante el desarrollo de una fuente de neutrones capaz de permitir diversas actividades en una sola instalación:desde la docencia y la investigación dirigida por el profesorado hasta la medicina.

Recientemente, Hemos iniciado esfuerzos para diseñar un CANS que pueda dar servicio a la amplia gama de aplicaciones requeridas por los investigadores y médicos canadienses. Nuestra iniciativa busca hacer algo que ningún CANS ha hecho:tenemos la intención de brindar servicios tanto a la investigación de medicamentos como de materiales innovadores con una instalación de vanguardia.

Aplicaciones médicas

La terapia de captura de neutrones de boro (BNCT) es una radioterapia dirigida contra el cáncer mediante la cual los neutrones reaccionan con el boro que se ha acumulado en los tumores. La reacción neutrón-boro produce una forma de radiación dentro de los tumores hacia las células cancerosas desde adentro. Tener la capacidad de atacar y destruir las células cancerosas mientras deja intactas las células sanas vecinas, BNCT promete ser eficaz contra muchas formas de cáncer. Los CANS que se están diseñando facilitarían el primer centro nacional BNCT en Canadá, lo que lo convierte en uno de los pocos centros de este tipo diseñados para el tratamiento de pacientes en todo el mundo.

Más allá de BNCT, el acelerador de protones necesario para un CANS también se puede utilizar para producir ciertos isótopos médicos. Podremos producir isótopos de diagnóstico por imágenes para tomografías por emisión de positrones (PET) para los centros de diagnóstico por imágenes médicos locales.

Investigación de materiales

Nuestro CANS propuesto está destinado a proporcionar neutrones a los investigadores canadienses para su investigación de materiales innovadores además de la medicina. Construiremos instrumentación que facilitará la investigación de "materiales blandos" que van desde cómo las bacterias se vuelven resistentes a los antibióticos y cómo funcionan los nuevos agentes anticancerígenos hasta cuestiones clave de la industria alimentaria relacionadas con la composición nanoscópica de la leche.

El instrumento de imágenes de neutrones en nuestra instalación CANS propuesta puede servir para una variedad de aplicaciones, desde la investigación de imperfecciones en bloques de motores y turbinas hasta el estudio de la absorción de agua en nuevas cepas de cultivos o el contenido interior de artefactos arqueológicos.

Estamos empleando un nuevo enfoque para entregar neutrones a los investigadores tanto en medicina para tratar enfermedades como en investigación de materiales, todos utilizando la misma instalación de una manera rentable. Nuestros esfuerzos son la primera fase de un programa de mayor alcance para desarrollar una fuente de neutrones basada en un acelerador tan compacta. Es hora de que Canadá, una vez más, demuestre liderazgo en investigación.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.