Eine neue Waffe gegen Krebs! Chinesische Spallationsneutronenquelle: Die mikroskopische Welt „sichtbar“ machen

Von einem „Stück Papierplan“ bis zur Schaffung eines „Nationalschatzes“: Die erste gepulste Spallationsneutronenquelle meines Landes – die China Spallation Neutron Source – wurde in Dongguan, Guangdong, geboren. Liang Tianjiao, stellvertretender Direktor des Spallation Neutron Source Science Center, führte das Team zu zahlreichen Nulldurchbrüchen bei Hochleistungs-Zielstationen, förderte den offenen Betrieb und die wissenschaftliche Anwendung von Spektrometern und beteiligte sich an der Konstruktion und Entwicklung neuer „Waffen“ gegen Krebs auf Grundlage der vom Ingenieursteam entwickelten Technologie... Derzeit wird in der zweiten Hälfte dieses Jahres mit dem Bau der zweiten Phase des China Spallation Neutron Source-Projekts begonnen.

Chinas Spallationsneutronenquelle ist zur zentralen wissenschaftlichen Einrichtung der Greater Bay Area geworden (Foto bereitgestellt von Songhu Xuan)

Es wird berichtet, dass die Quelle der Anwendung der Neutronenstreuung in der Neutronenleistung der Zielstation liegt, die direkt die Produktionseffizienz und -qualität der „Neutronenfabrik“ bestimmt. Bei der Vorstellung der anfänglichen Bausituation der China Spallation Neutron Source (CSNS) erwähnte Liang Tianjiao, dass im Vergleich zu den Protonenbeschleunigern und Neutronenspektrometern, die mein Land bereits angesammelt hat, die Entwicklung und der Bau einer guten Zielstation zu einer großen Herausforderung für das CSNS-Projekt geworden sei.

Die Konstruktion von CSNS vereint die Eigenschaften wissenschaftlicher Forschung und Ingenieurskunst. Wie kann seine körperliche Weiterentwicklung sichergestellt werden? Wie kann die Durchführbarkeit des Projekts sichergestellt werden? Das Design der Zielstation wurde mehreren größeren Anpassungen unterzogen, die jeweils viel Zeit und Aufwand für die Neuberechnung und Neugestaltung erforderten, wobei Faktoren wie physikalische Leistung, technische Machbarkeit und Wartungsfähigkeit berücksichtigt wurden. Ausgehend vom ursprünglichen Plan der horizontalen Wartung eines festen Ziels plus Methanmoderator über den Plan des rotierenden Ziels plus Flüssigwasserstoffmoderator und dann über den Plan der getrennten Wartung eines festen Ziels plus Flüssigwasserstoffmoderators wurde der endgültige Plan einer kompakt gekoppelten Zielstation mit hoher Neutroneneffizienz festgelegt. Durch die physikalische und technische Gestaltung der kompakten Kopplung von Target-Moderator-Reflektor wird die hohe Neutroneneffizienz der Targetstation gewährleistet.

Im September 2011 begann der Bau des CSNS. Es handelt sich um das erste wissenschaftliche Großprojekt, das außerhalb meines Landes durchgeführt wird. Am 28. August 2017 um 10:56:18 Uhr traf die Spallationsneutronenquelle erfolgreich das Ziel und erzeugte den ersten Neutronenstrahl.

CSNS wurde 2018 offiziell eröffnet und in Betrieb genommen. Es erfüllt nicht nur die Anforderungen modernster Forschungsmethoden für bahnbrechende Grundlagenforschung und bahnbrechende Schlüsseltechnologien, sondern wird auch häufig in verwandter Forschung und Entwicklung eingesetzt, die eng mit dem Leben vieler Menschen verbunden ist. Die Spallationsneutronenquelle ist wie ein „Supermikroskop“, das mithilfe der Neutronenstreuung die mikroskopische Struktur und Dynamik von Materie erkennen kann. Um brennbares Eis effizient und sicher abzubauen und zu nutzen, kann die Neutronenstreuung zum Studium des Entstehungsmechanismus und der Stabilitätsbedingungen des brennbaren Gases Methanhydrat eingesetzt werden. Im Bereich des Maschinenbaus kann die Neutronenstreuung zur Untersuchung von Eigenspannungen und Metallermüdung großer Maschinenbauteile eingesetzt werden. In der Medizin- und Gesundheitsbranche kann diese Technologie verwendet werden, um die Veränderungen von Proteinen in verschiedenen Zeit- und Raumskalen zu beobachten …

Unter ihnen erfassen Kleinwinkel-Neutronenstreuungsinstrumente und Kleinstwinkel-Neutronenstreuungsinstrumente die mikroskopische Struktur von Materie im Nanometer- bis Mikrometerbereich. Liang Tianjiao gab ein Beispiel: „Es kann auch verwendet werden, um zu lernen, wie man die Zutaten von Eiscreme anpasst, um sie schmackhafter zu machen.“ Er sagte außerdem, dass das Neutronenspektrometer aufgrund seiner Vorteile bei der Untersuchung von Energiematerialien und weicher Materie, die leichte Elemente wie Wasserstoff und Lithium enthält, auch zu einer „Waffe“ für die Untersuchung von Lithiumbatterien geworden sei.

Basierend auf der Technologie, die beim Bau des Spallationsneutronenquellenprojekts entwickelt wurde, sollen im nächsten Jahr in Dongguan klinische Tests am Menschen mit dem beschleunigerbasierten Gerät zur Bor-Neutroneneinfangtherapie beginnen. Die Bor-Neutroneneinfangtherapie (BNCT) wird Krebspatienten Hoffnung bringen. Das therapeutische Prinzip dieses Geräts besteht darin, dass das Bormedikament gezielt auf die Krebszellen im Körper eines Tumorpatienten einwirkt und sich dort anreichert. Die einfallenden Neutronen zünden das Bormedikament und greifen die Krebszellen gezielt an. „BNCT ist eine wirksame Behandlung für Hirngliome, Melanome und wiederkehrende Tumoren im Kopf- und Halsbereich und wird derzeit auch bei der Behandlung von Tumoren anderer Organe wie Lungenkrebs, Leberkrebs und Bauchspeicheldrüsenkrebs erprobt“, erklärte Liang Tianjiao. Er erwähnte außerdem, dass es notwendig sei, die Investitionen in die wissenschaftliche Forschung zu erhöhen, die internationale Zusammenarbeit zu stärken und den Prozess der technologischen Innovation und Industrialisierung zu beschleunigen, in der Hoffnung, diese wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften so schnell wie möglich in die Praxis umzusetzen, damit Krebspatienten davon profitieren können.

Produziert vom Guangdong Science and Technology Newspaper Media Center

Torwächter | Liang Tianjiao, stellvertretender Direktor des Spallation Neutron Source Science Center

Herausgeber | Li Wanxin

Rezension | Liu Xiaoyong