Le progrès technologique doit beaucoup à notre compréhension scientifique des matériaux que nous utilisons pour construire le monde qui nous entoure, des batteries de téléphones portables plus durables aux nouveaux médicaments.

Les scientifiques et les ingénieurs s'appuient sur une suite complète d'outils pour comprendre les propriétés des matériaux aux niveaux atomique et moléculaire, et ils utilisent diverses sondes telles que la lumière visible, laser, ultrason, rayons X, électrons et neutrons. Chaque outil révèle certaines propriétés des matériaux, générer des connaissances qui guident vers une meilleure compréhension et des améliorations.

Les faisceaux de neutrons sont parmi les plus uniques, et sont utilisés pour étudier les matériaux et les processus au niveau subatomique. Les neutrons sont l'un des éléments constitutifs de tous les atomes et, avec des protons, former le noyau d'un atome. Ils offrent une sensibilité inégalée aux éléments lumineux et aux aimants et en raison de leurs propriétés de pénétration uniques, ils peuvent fournir des images claires de l'intérieur des objets sans les déranger.

Accès aux neutrons

L'étude scientifique utilisant les neutrons nécessite qu'une quantité suffisante soit produite par des spécialistes, laboratoires à grande échelle. Le Canada a été un pionnier dans ce domaine, et la majorité de cette recherche – plus de 120 articles de recherche par année impliquant 250 chercheurs canadiens – a émergé du National Research Universal Reactor (NRU) à Chalk River, Ont. Cependant, le NRU a été fermé en 2018, paralysant de nombreux progrès scientifiques.

Le manque d'accès aux neutrons est profondément ressenti par les chercheurs au Canada, mais ce n'est pas un problème unique. Globalement, de nombreuses sources de neutrons sont en fin de vie, et certains ont récemment fermé. Ce vide de ressources présente une occasion unique pour le Canada.

Les scientifiques canadiens élaborent maintenant une nouvelle stratégie nationale sur les neutrons pour rebâtir la capacité canadienne de recherche avec des faisceaux de neutrons. Des plans immédiats et à court terme sont actuellement en cours, comme le partenariat avec des sources de neutrons étrangères et l'utilisation du réacteur nucléaire McMaster à son plein potentiel.

Leadership canadien

De nouvelles sources de neutrons renforceront le leadership du Canada en science et technologie nucléaires à long terme. Les sources de neutrons compactes (CANS) sont des sources de neutrons alternatives, et ils gagnent du terrain dans la communauté scientifique mondiale.

CANS peut être construit et exploité à moindre coût et, puisqu'ils n'utilisent pas la fission, il y a moins de tracas de réglementation. Cela facilite la construction de CANS dans des endroits tels qu'un campus universitaire, rendre les faisceaux de neutrons beaucoup plus accessibles aux chercheurs en matériaux et ouvrir de nouvelles frontières pour le Canada, comme l'utilisation du rayonnement neutronique pour le traitement du cancer.

En tant que chercheurs, nous avons trois utilisations très différentes des neutrons. Drew Marquardt, un biochimiste, utilise des neutrons pour étudier la structure-fonction des membranes cellulaires. Zahra Yamani est une scientifique en physique qui étudie les matériaux quantiques et autres matériaux émergents, ces matériaux dans des technologies innovantes. En tant que radio-oncologue, Ming Pan utilise des neutrons pour traiter le cancer.

Notre CANS proposé se compose de trois composants principaux :un accélérateur de protons, un ensemble cible-modérateur qui réalise les neutrons et les lignes de neutrons conduisant aux instruments de recherche, usage industriel ou traitements médicaux.

Abordabilité et accessibilité

La beauté de la technologie CANS réside à la fois dans son faible coût par rapport aux autres types de sources de neutrons et dans sa polyvalence. Bien que très prometteur en principe, il y a eu relativement peu de tentatives pour mettre en œuvre un CANS polyvalent sur une base utile, échelle pratique. Chercheurs en France, L'Allemagne et le Japon poursuivent la technologie CANS pour diverses applications.

Les applications de CANS varient de l'étude de nouveaux matériaux à de nouveaux traitements contre le cancer. C'est là que le Canada peut encore une fois prendre l'initiative en développant une source de neutrons capable de permettre diverses activités dans une même installation :de l'enseignement et de la recherche dirigée par le corps professoral à la médecine.

Récemment, nous avons amorcé des efforts pour concevoir un tel CANS qui puisse desservir la vaste gamme d'applications requises par les chercheurs et les médecins canadiens. Notre initiative vise à faire quelque chose qu'aucun CANS n'a fait :nous avons l'intention de servir à la fois la médecine et la recherche sur les matériaux innovants avec une installation à la pointe de la technologie.

Applications médicales

La thérapie par capture de neutrons au bore (BNCT) est une radiothérapie ciblée contre le cancer par laquelle les neutrons réagissent avec le bore qui s'est accumulé dans les tumeurs. La réaction neutron-bore produit une forme de rayonnement à l'intérieur des tumeurs vers les cellules cancéreuses de l'intérieur. Avoir la capacité de cibler et de détruire les cellules cancéreuses tout en laissant intactes les cellules saines voisines, Le BNCT promet d'être efficace contre de nombreuses formes de cancer. Le CANS en cours de conception faciliterait le premier centre national BNCT au Canada, ce qui en fait l'un des rares centres de ce type conçus pour le traitement des patients dans le monde.

Au-delà de la BNCT, l'accélérateur de protons nécessaire à un CANS peut également être utilisé pour produire certains isotopes médicaux. Nous serons en mesure de produire des isotopes d'imagerie diagnostique pour les tomographies par émission de positons (TEP) aux centres locaux d'imagerie diagnostique médicale.

Recherche de matériaux

Notre CANS proposé vise à fournir des neutrons aux chercheurs canadiens pour leurs recherches sur les matériaux innovants en plus de la médecine. Nous construirons une instrumentation qui facilitera la recherche de « matériaux mous » allant de la façon dont les bactéries deviennent résistantes aux antibiotiques et comment fonctionnent les nouveaux agents anticancéreux aux questions clés de l'industrie alimentaire relatives à la composition nanoscopique du lait.

L'instrument d'imagerie neutronique de notre installation CANS proposée peut servir une variété d'applications, de l'étude des imperfections des blocs moteurs et des turbines à l'étude de l'absorption d'eau dans de nouvelles souches de cultures ou du contenu intérieur d'artefacts archéologiques.

Nous utilisons une nouvelle approche pour fournir des neutrons aux chercheurs à la fois en médecine pour traiter les maladies et dans la recherche sur les matériaux, tous utilisant la même installation de manière rentable. Nos efforts sont la première phase d'un programme à plus long terme visant à développer une source de neutrons aussi compacte basée sur un accélérateur. Il est temps que le Canada, encore une fois, fasse preuve de leadership en recherche.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.