O progresso tecnológico deve muito à nossa compreensão científica dos materiais que usamos para construir o mundo ao nosso redor, de baterias de celular mais duradouras a novos medicamentos.

Cientistas e engenheiros contam com um conjunto completo de ferramentas para compreender as propriedades dos materiais nos níveis atômico e molecular, e eles usam várias sondas, como luz visível, lasers, ultrassom, Raios X, elétrons e nêutrons. Cada ferramenta revela certas propriedades dos materiais, geração de conhecimento que orienta para melhor entendimento e melhorias.

Os feixes de nêutrons estão entre os mais exclusivos, e são usados ​​para estudar materiais e processos no nível subatômico. Os nêutrons são uma das partes constituintes de todos os átomos e, junto com prótons, formam o núcleo de um átomo. Eles oferecem sensibilidade incomparável a elementos de luz e ímãs e, devido às suas propriedades de penetração únicas, podem fornecer imagens nítidas do interior de objetos sem perturbá-los.

Acesso a nêutrons

O estudo científico usando nêutrons requer uma quantidade suficiente para ser produzida por especialistas, laboratórios de grande escala. O Canadá foi um pioneiro neste campo, e a maior parte dessa pesquisa - mais de 120 artigos de pesquisa por ano envolvendo 250 pesquisadores canadenses - emergiu do National Research Universal Reactor (NRU) em Chalk River, Ont. Contudo, o NRU foi encerrado em 2018, trazendo uma grande quantidade de progresso científico a uma paralisação.

A falta de acesso aos nêutrons é profundamente sentida por pesquisadores no Canadá, mas este não é um problema único. Globalmente, muitas fontes de nêutrons estão no final de seus ciclos de vida, e alguns fecharam recentemente. Esse vazio de recursos representa uma oportunidade única para o Canadá.

Cientistas canadenses estão agora desenvolvendo uma nova estratégia nacional de nêutrons para reconstruir a capacidade canadense de pesquisa com feixes de nêutrons. Planos imediatos e de curto prazo estão em andamento, como a parceria com fontes de nêutrons estrangeiras e o uso do reator nuclear McMaster em todo o seu potencial.

Liderança canadense

Novas fontes de nêutrons fortalecerão a liderança do Canadá em ciência e tecnologia nuclear a longo prazo. Fontes de nêutrons do acelerador compacto (CANS) são fontes alternativas de nêutrons, e estão ganhando força na comunidade científica global.

CANS pode ser construído e operado a um custo mais baixo e, uma vez que eles não usam fissão, há menos complicações regulatórias. Isso facilita a construção de CANS em locais como um campus universitário, tornando os feixes de nêutrons significativamente mais acessíveis aos pesquisadores de materiais e abrindo novas fronteiras para o Canadá, como o uso de radiação de nêutrons para tratamentos de câncer.

Como pesquisadores, temos três usos muito diferentes para nêutrons. Drew Marquardt, um bioquímico, usa nêutrons para investigar a função estrutura das membranas celulares. Zahra Yamani é uma cientista da física que pesquisa materiais quânticos e outros materiais emergentes, esses materiais em tecnologias inovadoras. Como um oncologista de radiação, Ming Pan usa nêutrons para tratar o câncer.

Nosso CANS proposto consiste em três componentes principais:um acelerador de prótons, um conjunto moderador de alvo que faz os nêutrons e as linhas de luz de nêutrons que levam a instrumentos de pesquisa, uso industrial ou tratamentos médicos.

Preço acessível e acessibilidade

A beleza da tecnologia CANS reside em seu custo mais baixo - em comparação com outros tipos de fontes de nêutrons - e em sua versatilidade. Embora altamente promissor em princípio, tem havido relativamente poucas tentativas de implementar um CANS multiuso em um útil, escala prática. Pesquisadores na França, A Alemanha e o Japão estão buscando a tecnologia CANS para várias aplicações.

As aplicações do CANS variam desde o estudo de novos materiais até novos tratamentos de câncer. É aqui que o Canadá pode mais uma vez assumir a liderança, desenvolvendo uma fonte de nêutrons capaz de permitir várias atividades em uma instalação:desde o ensino e a pesquisa conduzida pelo corpo docente até a medicina.

Recentemente, iniciamos esforços para projetar um CANS que possa atender a ampla gama de aplicações exigidas por pesquisadores e médicos canadenses. Nossa iniciativa busca fazer algo que nenhum CANS fez:pretendemos atender a pesquisas de medicamentos e materiais inovadores com uma instalação de última geração.

Aplicações médicas

A terapia de captura de nêutrons de boro (BNCT) é uma terapia de radiação direcionada ao câncer, na qual os nêutrons reagem com o boro que se acumulou nos tumores. A reação nêutron-boro produz uma forma de radiação dentro dos tumores para as células cancerosas de dentro. Ter a capacidade de direcionar e destruir células cancerosas, deixando as células saudáveis ​​vizinhas intactas, O BNCT promete ser eficaz contra muitas formas de câncer. O CANS sendo projetado facilitaria o primeiro centro nacional de BNCT no Canadá, tornando-o um dos poucos centros projetados para tratamento de pacientes em todo o mundo.

Além do BNCT, o acelerador de prótons necessário para um CANS também pode ser usado para produzir certos isótopos médicos. Seremos capazes de produzir isótopos de imagem diagnóstica para tomografia por emissão de pósitrons (PET) para centros locais de imagem diagnóstica médica.

Pesquisa de materiais

Nosso CANS proposto tem como objetivo fornecer nêutrons aos pesquisadores canadenses para suas pesquisas de materiais inovadores, além da medicina. Construiremos uma instrumentação que facilitará a pesquisa de "materiais macios", desde como as bactérias se tornam resistentes aos antibióticos e como os novos agentes anticâncer funcionam até as principais questões da indústria alimentícia relacionadas à composição nanoscópica do leite.

O instrumento de imagem de nêutrons em nossa instalação CANS proposta pode servir a uma variedade de aplicações, desde a investigação de imperfeições em blocos de motor e turbinas até o estudo da absorção de água em novas variedades de safras ou no conteúdo interior de artefatos arqueológicos.

Estamos empregando uma nova abordagem para fornecer nêutrons aos pesquisadores, tanto na medicina para tratar doenças quanto na pesquisa de materiais, todos usando a mesma instalação de maneira econômica. Nossos esforços são a primeira fase de um programa de longo alcance para desenvolver uma fonte de nêutrons baseada em acelerador compacto. É hora de o Canadá - mais uma vez - demonstrar liderança em pesquisa.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.