作者:德鲁·马夸特，潘明，萨拉·雅马尼，《对话》 中子在科学和医学研究中有许多应用
信用:Shutterstock 技术进步在很大程度上归功于我们对构建我们周围世界所用材料的科学理解，从更持久的手机电池到新药
科学家和工程师依靠全套工具在原子和分子水平上理解材料的性质，他们使用各种探针，如可见光、激光、超声波、x光、电子和中子
每一种工具都揭示了材料的某些特性，产生了指导更好理解和改进的知识
中子束是最独特的，用于研究亚原子水平的材料和过程
中子是所有原子的组成部分之一，与质子一起构成原子核
它们对光元素和磁铁具有无与伦比的灵敏度，由于其独特的穿透性，它们可以提供物体内部的清晰图像，而不会干扰它们
获取中子 使用中子的科学研究需要由专门的大型实验室产生足够的数量
加拿大是这一领域的先驱，大多数研究——每年有250名加拿大研究人员发表120多篇研究论文——来自安大略省乔克河的国家研究通用反应堆(NRU)
然而，NRU在2018年被关闭，导致许多科学进步停止
加拿大的研究人员深感缺少中子，但这并不是一个独特的问题
从全球来看，许多中子源都处于生命周期的末期，有些最近已经关闭
这种资源真空给加拿大带来了独特的机遇
加拿大科学家现在正在制定一项新的国家中子战略，以重建加拿大利用中子束进行研究的能力
近期和短期计划正在进行中，例如与外国中子源合作，充分利用麦克马斯特核反应堆的潜力
加拿大领导层 从长远来看，新的中子源将巩固加拿大在核科学和技术方面的领先地位
紧凑型加速器中子源(CANS)是替代中子源，它们在全球科学界越来越受关注
CANS可以以更低的成本建造和运营，而且由于他们不使用裂变，监管上的麻烦也更少
这促进了CANS在大学校园等地点的建设，使材料研究人员更容易获得中子束，并为加拿大开辟了新的领域，如利用中子辐射治疗癌症
作为研究人员，我们对中子有三种截然不同的用途
生物化学家德鲁·马夸特用中子来研究细胞膜的结构功能
萨拉·雅马尼是一位物理学家，他研究量子和其他新兴材料，这些材料的创新技术
作为放射肿瘤学家，潘明使用中子治疗癌症
我们提出的CANS由三个主要部件组成:一个质子加速器，一个制造中子和中子束线的靶-慢化剂组件，这些束线通向研究、工业应用或医疗的仪器
提议的中子生产机制示意图
信用:迈克尔H
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阮，作者提供 可负担性和可获得性 与其他类型的中子源相比，CANS技术的优点在于它的低成本和多功能性
尽管在原则上非常有希望，但在实用的规模上实施多用途CANS的尝试相对较少
法国、德国和日本的研究人员正在为各种应用寻求CANS技术
CANS的应用范围从新材料的研究到新的癌症治疗
这是加拿大可以再次领先的地方，它可以开发一种中子源，在一个设施中实现多种活动:从教学和教师领导的研究到医学
最近，我们已经开始努力设计这样一个CANS，它可以满足加拿大研究人员和医生的广泛应用需求
我们的倡议旨在做一些CANS没有做过的事情:我们打算用一个最先进的设备为医学和创新材料研究提供服务
医疗应用 硼中子俘获疗法(BNCT)是一种靶向放射癌症疗法，其中中子与肿瘤中积累的硼反应
中子-硼反应在肿瘤内产生一种形式的辐射，从内部辐射到癌细胞
BNCT有能力瞄准并摧毁癌细胞，同时让邻近的健康细胞保持完整，有望有效对抗多种癌症
正在设计的CANS将促进加拿大第一个国家BNCT中心的发展，使其成为全球为数不多的为病人治疗而设计的中心之一
除了BNCT，CANS所需的质子加速器也可以用来生产某些医用同位素
我们将能够为当地医疗诊断成像中心的正电子发射断层扫描产生诊断成像同位素
材料研究 我们提出的CANS计划旨在为加拿大研究人员提供中子，用于他们在医学之外的创新材料研究
我们将建造仪器来促进“软材料”的研究，从细菌如何对抗生素产生耐药性，新的抗癌药物如何发挥作用，到食品工业中与牛奶的纳米结构相关的关键问题
我们拟建的CANS工厂的中子成像仪器可用于多种应用，从研究发动机缸体和涡轮的缺陷，到研究新作物品种的吸水性或考古文物的内部内容
我们正在采用一种新的方法向研究人员输送中子，既用于医学治疗疾病，也用于材料研究，所有这些都是以一种经济有效的方式使用同一个设备
我们的努力是开发这种紧凑型加速器中子源的远程计划的第一阶段
现在是加拿大再次展示其在研究领域领导地位的时候了
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