本周，加入我们参观ISIS, STFC的中子和介子源。我们发现中子如何探测材料的特性，帮助保护电子电路免于故障，并阐明抗生素的作用。此外，在新闻中我们还听到了如何打印出完美的软骨替代物。
在这一集里
01:03 - ISIS -中子如何帮助我们了解世界
ISIS——中子如何帮助我们了解世界
ISIS的Martyn Bull博士
ISIS是位于牛津郡的中子和介子科学中心，由科学技术设施委员会管理。它被广泛用于不同的研究，因为任何有足够好的应用程序的科学家都可以免费使用该设施。为了了解更多关于ISIS的信息，我去拜访了马丁·布尔，他带我去参观了一下……
马丁-现在，我们正站在目标1站的中间。我们称之为目标站，因为那是我们制造中子的地方，我们用中子像光束一样来研究物质的结构。中子很常见。现在听收音机的每个人都是由一半中子组成的，但它们被锁在原子核里，也就是原子的中心。因此，我们需要释放它们来做我们的实验。
所以我们有一个高功率的加速器，它能发射一堆质子，这些质子的质量和中子差不多，然后把它们从金属靶上撞出来，金属靶就是钨。然后我们有一个很大的中子云，你可以把它送到实验中。
所以我们站在前面的这个结构，非常大，在传感器里是一个大地堡。它有一幢房子那么高，可能有好几幢房子那么宽。与之相连的是一条由大块钢铁和混凝土组成的长隧道，质子沿着隧道呼啸而下，冲向目标。目标住在大厅中央的大地堡里。我们需要所有的防护来确保质子束不会泄漏出去。中子从大掩体的小孔中出来，进入聚集在它们周围的仪器中。所以，这是一个小村庄的实验。每次，我们都有大约20个这样的实验区域聚集在这个目标周围。每一个都可以独立运作，所以我们同时在做20个不同的科学实验。
Ben -所以，你的加速质子沿着光束线加速，撞到一点钨上，释放出一大堆中子。我们看到的是什么样的数量?
马丁:我们已经优化了制造中子的方式。首先，质子的运动速度是光速的84%。这向目标传递了大量的能量，束中的每个质子都能导致大约20个中子被释放，所以这就产生了一点乘法。但是和现代的同步加速器x射线源相比，我们还是很微弱的，所以我们必须非常小心地使用中子。
本:质子以巨大的能量撞击你的钨靶，并将中子散射到各处。你如何控制它们，把它们围起来，让它们穿过你的样本，而不是钻进我们看到的这些巨大的混凝土墙里?
马丁-聚集中子是一门微妙的艺术。它们没有电荷，这意味着你不能对电场或磁场使用任何常规的技巧。但相反，我们可以利用它们的特性将它们反射到镜子或晶体上，这样你就可以用稍微不同的方式来塑造和控制其中的光束，就像你对带电粒子所做的那样，但仍然非常非常灵活。
Ben -所以这是一个简单的例子，把你想看的东西放在中子的角度，然后看看会发生什么?
马丁:很简单。你有一个洞，你把你的实验放在洞里，所以它在中子束里中子散射，你把它们收集在一个大探测器里。所以，这有点像在你的手机上有一个普通的相机，但不是利用你朋友的光散射，你有一个实验，你散射中子。所以，你可以想象中子，你要用光来交换，我们这里有非常强大的中子照相机，能够成像分子世界。
中子源被用来观察材料的结构。我们可以说，我们可以看到原子在哪里，它们在做什么，它们是如何振动和旋转的，以及它们是如何相互连接的。与大型强子对撞机这样的大型加速器不同，大型强子对撞机对宇宙的基本组成感兴趣，我们正在研究影响日常生活的整个科学领域。因此，我们正在研究的材料，你可能经常发现在产品周围的家庭，汽车，或发电厂。现在我们试图了解原子的结构，也就是原子的位置，它们是如何连接在一起的，它们是如何影响我们在现实世界中对它们的体验，从而使我们能够改变它们，使它们具有不同的性质，或者发明新的材料来解决我们感兴趣的问题。
本:我们能从这些材料中学到什么呢?
马丁:我们在这里做的基本实验主要是研究材料的结构。所以我们正在研究各种不同的材料，比如汽车用的吸氢海绵，用氢气代替汽油，或者研究蜘蛛纤维的结构。我们正在研究单个原子结构，并试图理解它是如何与你所经历的属性联系在一起的。所以你得到的是一幅有趣的图片，你可以解释并确定原子层之间的实际间距，这是非常惊人的。我们这里有一个巨大的机器，大约有33个足球场那么大，它能让你看到比你头发细10万倍的东西。所以，这是一台不可思议的机器，它允许我们做大量的科学研究，从工程学到物理学，化学到一些更不寻常的领域，比如生物物理学和考古学。
本:那么，你所做的仅仅是成像，看看每件物品在哪里，还是你也在学习它们的性质，它们的磁场，以及不同原子相互作用的方式?
马丁:我们实际上是在看，除了结构，你可以在不同的温度，压力，磁场下处理你的样品，这样就会告诉你它对可能经历的条件有什么反应。除了测量结构，我们还可以测量原子是如何结合在一起的。所以，这给了你获取各种不同信息的途径比如长聚合物链是如何弯曲的，它的一部分是如何旋转的，以及它是如何影响性质的。它也可能是在观察材料的磁性。以铁为例，如果你研究它的原子结构，每个铁原子的行为就像一块磁铁。中子实际上也能感知磁性，这让你对它们是如何工作的有了一个独特的了解，这是你用很多其他技术都做不到的。所以当你把测量结构的能力与运动和磁场信息结合起来，你就有了一个非常非常强大的工具。
本:看看其他成像技术，通常有一个妥协。电子显微镜很神奇，但你首先需要非常小心地控制你放入的材料。钻石同步加速器，就在几米远的地方，是一个非常强大的x射线源，但你经常会把你放进去的东西蒸发掉。你需要如何准备进入中子源的样品?
中子，由于不带电荷，实际上是一种很好的，很微妙的方式来观察事物。你提到钻石光源和它产生的x射线是一种非常强大和成功的测量材料的方法。然而，一些非常精细的样品，如蛋白质晶体，会受到x射线束的破坏。这就是你可能开始对使用中子技术感兴趣的地方。当你想用一种稍微不同的方式来看待材料的时候。因为中子不带电荷，所以它不会造成任何伤害，而且它的穿透力很强。所以你可以看到你通常无法看到的东西的内部。比如说，一个飞机涡轮的x射线束，你可能很难马上看穿它，但对于中子束，这很容易做到。
探究材料的性质
与伦敦玛丽女王大学的Martin Dove教授合作
本-今天我们演播室的嘉宾是伦敦玛丽女王大学物理与天文学院的马丁·多夫教授。他在目前的职位和之前作为剑桥大学地球科学系计算矿物物理学教授的生活中都使用了ISIS。马丁，非常感谢你参加我们的节目。我们一会儿会讲到如何使用ISIS，但首先，一般来说，科学家是如何进入ISIS的?它们如何适用?
Martin:每半年，你要写一份提案，然后由你的同行小组进行评估，这是标准的同行评议。就像我说的，每半年发生一次，如果你成功了，你就会被安排。
本:我们必须做这么多的材料，这么多的生物，这么多的基础物理，这是一个配额吗?还是说最强的应用会胜出?
马丁:这总是最强的赢家，但这是一种科学，人们会来做短时间的实验，2、3、4天，有足够的仪器和足够的运行时间，实际上，我认为你或多或少会很自然地得到混合物。
Ben -正如Martyn Bull所说的，有一个由不同仪器组成的“村庄”，这意味着它可以同时做很多不同的实验。
马丁:没错，它们都是不同类型的实验。其中一些是专门研究结构的，一些是研究原子运动的方式，还有一些是混合的。
Ben -那么，你目前在QMUL的职位上使用ISIS是为了什么?
我们最感兴趣的是材料的性质是如何由马丁谈到的两个方面决定的原子在哪里以及它们如何运动。我们对此做了不同的实验。我们做的一些实验主要集中在结构上。在这种情况下，你发射中子，然后测量它们从哪里出来，然后你拟合一个非常简单的结构模型。有时你实际上做的是光谱学中子进来，它们会随着能量的变化而反弹，能量的变化告诉你物质内部振动的能量。
另一种类型的实验，我们最近做了很多次，就是你试图得到一系列原子在任何时间点的快照，在那里，你可以得到它们的平均位置，但实际上，它们是如何波动的，原子是如何弹跳的。你可以在同一张图中看到两者我们要做的其中一件事就是建立与数据一致的原子模型它告诉我们很多关于原子运动的方式，特别是，结构是如何偏离其平均结构的。这通常会告诉你一些材料的行为方式。
本:所以，我们正在寻找的答案与它的结构和动力学有关。然后我们如何利用这些答案来告诉我们一些关于它的物理或宏观尺度的有意义的东西?
马丁:最后，材料的宏观特性是由原子尺度上的变化决定的。所以，如果你看一些像——一系列的例子——存储设备，你显然有一个宏观的磁性，但这完全是由于原子的活动。电池是另一个例子，我们一直在和一个化学小组合作。电池由电解质材料组成，然后有东西通过它们，你有末端电极。在整个过程中原子的运动方向是中子会告诉我们的原子的运动方向将决定电池的性质。
本:所以，你也可以研究材料的组合，也可以尝试探索，比如说，一种同质材料，以了解它是如何工作的。以电池为例，显然你有不止一种材料。你能看到界面，看到交互吗?
马丁:是的。当然，这是你开始进入一个更具挑战性的制度的地方，因为大多数实验，当它们最初被设计成一种仪器时，会考虑一个同质的样本，但实际上，增加了很多与界面有关的挑战。
本:那么，ISIS能向你展示哪些你无法从电子显微镜上看到的东西呢?我们知道电子显微镜可以告诉你原子的位置。那么，除了这些，ISIS还能给你什么?
Martin -好的，你拿电子束或者x射线之类的东西然后你拿中子之类的东西。他们都在看材料上根本不同的东西。中子本身从原子核中散射出去，而x射线和电子则与电子相互作用。所以你看到的是一个完全不同的画面。有些材料在x射线下是看不见的，电子和一些原子也看不见，比如氢就很难用x射线看到。实际上，它在中子中非常明显。所以，你会对不同的原子有不同的看法。
所以它给你提供了我们正在做的其他科学的补充。
马丁:是的，绝对的。
本:你到底在看什么材料?在之前的谈话中，你向我提到了一些非常古老的材料，它们具有我们意想不到的特性。
马丁:通常情况下，大多数材料在加热时会膨胀，但是我们发现有一大类材料的情况正好相反。加热后会收缩。这与你所期望的完全相反。我们还认为同样的材料会有同样奇怪的事情，那就是当你挤压它们时，它们会变得更软。大多数材料，当你挤压它们的时候，想象一下压实它们，它会变得越来越硬，但是有一些材料在你挤压它们的时候会变得越来越软。我们认为它们实际上是相同的材料。我们最近做了一个实验，就在几周前直接观察到这一点。材料是锌氰化物和我们,在伊西斯,把它变成一个高压设备和这很棒,因为中子能够看到样品和看不见的压力设备所以能够通过所有的东西使高压,得到信号,我们花了4天,一天24小时,不断变化的温度和压强,直到我们拿出一张照片显示这是行为,特别是,我们感兴趣的是它是如何受温度影响的。
本-我们认为它是如何起作用的?
马丁:嗯，这并不是一个复杂的画面，但它是一个相当直观的画面。如果你想象3个原子在一条直线上，a B C，然后中间的一个通常是氧，像这样。如果它上下摆动，与这条原子线成直角，如果中间那个原子和另外两个原子的键是刚性的，那么上下摆动的那个键会希望其他键保持在一个固定的长度上，通过上下运动，它会把其他键拉进来。这就是它的运作方式。这是一个非常直观的画面。
所以它实际上把它们拉进去，就像弹簧一样。
马丁-它把他们拉了进来。就像他们是棒子一样。就像这些键是非常坚硬的杆，但中间的那根可以上下弯曲。
本:所以我们能够探测到一些非常不寻常的性质。
马丁:是的。
一般健康检查通常没有帮助
对一般健康检查研究的系统回顾表明，尽管它们增加了诊断的数量，但并没有减少心血管疾病或癌症的死亡人数。
在一些国家，常规健康检查或对健康人进行一系列疾病指标检测是卫生保健的常见内容。其理念是，通过定期检查高血压或高胆固醇等风险因素，我们应该能够降低发病率并延长寿命。这似乎是一个非常值得的目标，直觉上我们觉得健康检查应该是一件好事。
然而,
就像我们几周前讨论的乳腺癌筛查一样在美国，总是存在过度诊断的风险——发现一种本不会成为问题的病症的证据，并因此潜在地推荐不必要的治疗。
很少有研究表明健康检查是否真的达到了目的。因此，由Lasse Krogsbøll博士领导的哥本哈根北欧科克伦中心的一个研究小组将14项研究的数据合并成一项荟萃分析，以检验健康检查的利弊。
出版于英国医学杂志他和同事们研究了死亡率、发病率、诊断率、住院率、专家转诊率以及许多其他表明健康状况的因素，包括自我报告的健康状况、担忧和缺勤情况。他们在4到22年的随访研究中，用这个方法来比较经过筛选的人群和没有接受干预的人群。
尽管不同研究的结果有所不同，但这项荟萃分析发现，在接受健康检查的那一组中，没有证据表明总死亡率、心血管疾病或癌症导致的死亡率有所降低。有证据表明诊断增加了，但由于这并没有导致死亡率的变化，我们可以假设这些通常是过度诊断。
那么这对于一般健康检查来说意味着什么呢?作者认为，这些健康检查可能会吸引那些不太需要它们的人，并指出医生已经在他们认为需要的地方对患者进行了筛查，并得出结论，健康检查“没有达到预期的效果”。在一篇相关的社论文章中，多姆纳尔•麦考利(Domhnall MacAuley)建议，“政策应该基于幸福的证据，而不是善意的善意。”
把养鱼场的废物变成现金
集约化的鲑鱼养殖场彻底改变了鲑鱼的供应，使更多的人可以获得鲑鱼，但他们确实存在严重的问题。其中许多是由鲑鱼所吃的食物数量惊人造成的。这包含了大量的营养物质，既以能量的形式，也以氮和磷的形式，作为肥料。其中一些最终构成了鲑鱼，但大多数要么被鲑鱼错过，要么直接穿过，并可能导致藻类繁殖，严重改变生态系统的平衡。
挪威科技大学(Norwegian University of Science and Technology)的谢尔·雷坦(Kjell Reitan)正在研究一句古老的格言:“有淤泥的地方就有铜”，从本质上讲，他认为这些投入是一种资源，而不是问题。
只有大约30%的鱼食被鲑鱼消耗，其余的被释放到水里。所以诀窍是找到一些能吃这些食物的东西，然后把它们变成有用的东西。滤食性鱼类是自然的选择，所以在养鱼场周围放置贻贝床可以将多余的食物转化为贻贝，当然贻贝可以出售。他发现，废弃的鱼食提高了贻贝的生长速度，挪威每年可以额外生产1.5万至2万吨贻贝。
这还剩下氮和磷肥料，它们应该可以用来给植物生长施肥。如果这些植物是小型藻类，会阻碍其他植物的生长，这可能是个问题，但如果它们是大型海藻，比如海带，它们可以清洁水，并产生一种可以作为生物燃料收集的资源。仅在挪威，就有潜力从养鱼场的废物中生产60万至170万吨海带。
两者加在一起，既可以净化环境，又可以每年生产价值6亿英镑的资源，这是将问题视为机遇的一个很好的例子。
打印新软骨
与维克森林再生医学研究所的安东尼·阿塔拉博士合作
威克森林再生医学研究所的研究人员发明了一种新的方法，可以打印出三维的替代软骨，他们已经在真实的动物身上证明了这种方法的有效性。为了了解更多，我们请来了威克森林研究所所长安东尼·阿塔拉博士。安东尼，非常感谢你参加我们的节目。
安东尼-很高兴和你在一起。
那么，为什么我们需要考虑打印人造软骨呢?
安东尼:嗯，实际上我们研究软骨已经很多年了。当然，对于那些患有膝盖问题或关节问题的病人来说，软骨是非常重要的。所以，将来有一个可用的软骨来源对病人来说是件好事。
当我们需要做人工软骨或者需要给病人做软骨的时候我们该怎么做?我们有什么选择?
安东尼:嗯，现在没有太多的选择来植入软骨。一旦软骨磨损了，就很难再放任何东西进去了。手术完成了，但实际上，没有什么比真正的软骨更好的了。当然，举个例子，如果你在事故中髋部骨折了，你要把金属块放进去而不是把真正的，我们所说的弹性软骨放进去。
本:那你工作的基础是什么呢?你最近在做什么?
安东尼:我们基本上一直专注于用病人自己的细胞来创造组织和器官。这个概念其实很简单。我们从病人身上取下很小的一块组织小于邮票的一半然后我们可以在体外扩展这些细胞，然后我们可以开始创造新的软骨组织将来可以植入病人体内。
本:你在体外培养的这个组织，它具有所有正确的特性吗?
安东尼:嗯，这是我们正在做的事情之一，以确保他们有正确的属性。这就是生物打印的由来，因为你可以把细胞放置在它们需要的位置，以一种预先处理的方式，你可以对打印机进行编程。
本:我们最近听说了很多关于3D打印的事情。这似乎是未来，但活体组织的3D打印似乎相当了不起。它的工作方式是一样的吗，你有一个装满细胞培养物的喷墨头，然后你把细胞放在你想要的地方?
安东尼:完全正确。如果你能想象一下典型的桌面喷墨打印机，它确实是利用了非常相似的技术。但我们用的不是墨水，而是细胞。你有一个来回移动的打印机，我们所做的就是修改打印机，使它们一次只能打印一层。所以，与其一次打印一张纸，不如想象一下，在同一张纸上一次又一次地打印，在相同的区域上堆积，直到你制作出你需要的三维组织。
你是需要一个支架让这些细胞在上面生长，还是直接把它们打印成三维的，让它们保持原来的形状?
安东尼-不，你确实需要一个脚手架。这是一个很好的问题，我们使用不同的材料作为支架。我们使用看起来像明胶的凝胶，然后它们将细胞固定在一起，然后这些凝胶可以根据需要硬化成不同的稠度，然后我们也可以使用纤维来打印。事实上，我们已经能够将凝胶和纤维结合起来用于我们的打印技术。
本:那么，当你完成这个实验后，当你进行机械测试来模拟软骨可能经历的过程时，这些细胞的存活情况如何，它们的实际工作情况如何?
细胞完好地存活了下来。事实上，我们所做的就是使用你们熟悉的喷墨打印机的相同技术。所发生的是你有一个小的气泡在筒内形成。形成了小气泡细胞被吸收到这些气泡中，然后基本上在没有热量影响细胞的情况下释放。因此，细胞通过喷墨打印机通过打印头而不被损坏，然后我们可以一次一层地放置它们，直到它们能够在它们需要的地方形成，就创造组织的特性而言，与病人的组织非常相似。
Ben:我们是否认为在未来，我们有可能仅仅扫描一个膝盖，然后说，“我们需要软骨的这个精确的3D结构。我们把它打印出来，然后像手术一样把它塞进去?
安东尼:是的，事实上这就是我们前进的方向。实际上，我们正在制造带有扫描仪的打印机。所以你要做的是，如果你有受伤的区域，你实际上扫描这个区域，用同样的机器，我们就能回去，把细胞放在它们需要的地方，在它们正确的三维结构中。
本:太棒了!这至少听起来像是未来的外科手术。非常感谢你，安东尼。这是来自维克森林再生医学研究所的安东尼·阿塔拉博士。
长寿和端粒-行星地球在线
与格拉斯哥大学的Pat Monaghan教授合作
DNA，生命的遗传密码，被紧紧地包裹在染色体里。在这些染色体的末端是被称为端粒的特殊DNA片段，它通常与衰老有关。
鸟类以长寿著称。例如，海燕可以活到40或50年。但通过研究平均寿命约为5年的澳大利亚斑胸草雀，研究人员可以研究端粒与寿命之间的关系。
《地球脉动》播客的主持人苏·纳尔逊会见了格拉斯哥大学动物生态学教授帕特·莫纳汉，以了解更多情况。帕特正在研究鸟类端粒的长度。
帕特:你可以把端粒想象成鞋带末端的小塑料帽。此外，如果你在黑暗中系鞋带，你可以感觉到塑料帽。现在，这些端粒在细胞内做同样的工作。它们识别染色体末端，同时也保护DNA免受一系列过程的影响，这些过程实际上会导致染色体末端磨损。
苏:除了起到保护作用外，它们还经常与衰老联系在一起，为什么呢?
帕特-是的，其中一个原因是细胞每分裂一次端粒就会变短一点。最终它会变得很短，不再起作用，然后整个基因组变得不稳定，细胞也不再起作用，它进入了一种被称为复制性衰老的状态。这只是意味着它不能再分裂了，有时细胞死亡，有时它留在那里，但它的工作方式不太一样，所以端粒的丢失与年龄相关的组织功能下降有关。
苏-帕特研究了与端粒丢失有关的因素，无论是环境还是压力，比如斑胸草雀食物供应的变化。她还领导了一个英国团队，跟踪了一组这些鸟，测量了它们从幼年到自然死亡的端粒长度。今年早些时候，他们发现了端粒长度与鸟类寿命之间的关系。
预测寿命的最好方法是在生命早期对端粒长度的第一次测量。
苏:这也是环境影响的结果吗?其他外部压力也会像人类一样影响你的生活方式吗?
帕特:是的，有很多关于人类端粒的研究，恐怕几乎所有我们知道对我们有害的事情也对端粒长度有害，所以吸烟和压力与端粒长度缩短有关。然而，当涉及到早期生命的端粒长度时，我们仍然不知道生长条件在多大程度上影响了端粒的损失，或者我们所看到的变化是否主要是遗传因素的结果。
苏:那么，工作是在一系列因素的影响下进行的?
帕特:是的，我们正在做一些不同的项目，研究野外不同的环境条件;在不同的年份，不同的情况下出生的动物，有不同的孵化规模。然后我们用斑胸草雀观察个体的变化。
苏:当你的研究提出了与人类衰老的可能联系时，有很多建议，在这种情况下，当谈到我们能活多久时，端粒的大小确实很重要。
帕特:一个非常有趣的事情是动物可以恢复端粒长度。现在，在正常的身体细胞中，这是一件非常危险的事情，因为如果你不断地修复端粒，你就会冒着细胞分裂失控的风险，当然，这在癌症期间会发生。人们认为，我们没有端粒酶的原因之一，例如，在人体细胞中，我们没有端粒酶通常是活跃的，它是一个保护过程，它会检查细胞分裂。然而，在一些寿命较短的动物中，它们的组织中确实有端粒酶活性。所以，是的，基本过程与人类有关。
人们还没有做过我们在人类身上对斑胸草雀所做的研究，也就是说，从生命早期到死亡，追踪同一个人的端粒长度。问题是我们是否应该跑去测量我们的端粒，然后说，这可以预测我能活多久;端粒并不是一切，还有其他东西在起作用。
所以这是一个非常活跃的生物学领域但我不会浪费你们的钱去跑去测量你的端粒长度因为它只会让你快乐或痛苦但科学上它不会告诉你你到底能活多久。
针对中子雨的硬化设计
克里斯·弗罗斯特博士，ISIS
本- ISIS可以作为一种显微镜来成像原子的位置和动力学，但它也是观察中子本身如何与系统相互作用的理想工具。中子实际上是个问题。它们可以损坏敏感的电子电路并与计算机系统相互作用。正如克里斯·弗罗斯特博士解释的那样，ISIS的一个新目标站可以让真正的组件在几秒钟内经历多年的中子撞击。
克里斯:问题是下雨了，而且你和我通常看到的那种雨不是水。它是中子，这些中子来自宇宙射线撞击大气层的顶部，通过粒子反应和核反应产生，当它下降到地面或人类职业水平时，我们看到的是温和的中子雨。
人类和其他动物都是这样进化的，所以当它对我们造成伤害时，它损害了我们的DNA，我们有修复它的机制。问题是，我们日常生活中所依赖的电子系统并没有在中子雨中进化，所以它们被损坏了，但却无法修复。所以我们必须学会如何修复它们。
本——到底发生了什么样的损害?我们是在谈论电线断裂还是更微妙的，普遍的腐蚀?
克里斯-比这要微妙得多。它与核反应有关，所以中子的亚原子粒子与这些设备中的硅原子碰撞，这导致电荷被倾倒到设备中，电荷是使电子设备工作的东西。所以，如果你通过这些核反应把电荷放到了错误的地方，那么你就会得到一些你不想在电子设备中发生的事情。
一个很好的例子是2003年在比利时的Schaerbeek，一台电子投票机为其中一位候选人增加了4,096张选票。我很想说中子可以改变政府，但那实际上是一场地方选举，所以，他们发现确实有些问题，因为投票比人数多。他们发现事实上，这是不可能发生的，他们追溯到一个中子。一个中子通过中子雨的想法在比利时的地方选举中投票。
这个问题到底有多普遍?
克里斯-全世界都是。中子是由宇宙射线产生的这些宇宙射线来自银河系的源头。它们不是来自太阳的。它们几乎是恒定的。它们几千年来一直保持不变，而且在世界各地昼夜都是不变的。由于地球的磁场，会有轻微的变化，但这是一个世界性的问题，几乎所有的电子工业都存在这个问题。当然，最大的问题是在关键的电子系统;飞机上的飞行系统就是一个例子。当你在大气层中上升时，在飞行高度它是地面水平的300倍如果你想一下，这意味着如果你每年在地面上看到一次出错，那么在飞行高度上你每天都会看到一次出错。所以，这首先出现在航空航天工业。 But the sky is falling and what I mean by that is that electronic systems on the ground are increasingly seeing these effects as well, both in critical systems and in ones that we rely on every day.
在我们的一生中，如果你从事银行业务，如果你去
在互联网上，如果你在生活中做任何事情，你都在与电子设备互动，如果这些电子设备出了问题，就会很不方便。在最坏的情况下，它可能会造成伤害。
本:那么，你到底在ISIS做什么?
我们能做的是，我们有一个中子源，谢天谢地，这个中子源，可以模拟中子的光谱。我的意思是中子不是以一种能量进入的，它们以各种各样的能量进入，它们以不同的数量进入，在能量谱上。我们在这里能做的是模拟中子在地面上的光谱，所以我们可以模拟它们在自然界中存在的方式。不同之处在于我们可以将它加速一百万到一亿倍。这在现实中意味着，如果你把你的电子设备放在我们的光束线上，比如说，一个小时，那么你最终可以在现实环境中相当于几百年。所以，我们做了一件叫做加速测试的事情，从中，我们可以计算出它有多容易受到影响，从中，我们可以找出方法来纠正这些电子设备中的故障，使它们安全。
Ben:所以本质上，你会看到这些设备故障的频率，这可以告诉你它们在现实世界中出错的可能性有多大。然后你必须计算出它们的使用寿命，因此，你可以告诉你的客户，这个东西在野外使用10年是安全的。
克里斯:是的，完全正确。不仅如此，它还能告诉你是否需要纠正，因为有些设备可能并不容易受到影响，或者它们的易感性意味着，比如手机，它可能每三年就会故障一次，这种情况下，你就不在乎了。但如果它每10分钟失败一次，你就会在意。在这种情况下，你可能会决定在你手机的开发阶段为这些发生在你手机上的事件设置纠正机制是值得的。这样做是要花钱的，因为软件程序员和工程师需要时间来进行设计。所以它不仅告诉你它可能会失败，还告诉你它失败的频率，它还可以告诉你如何纠正它，甚至告诉你它是否值得。所以，对于那些生产我们每天使用的东西的人来说，这是非常有商业价值的。
本:你认为什么样的行业最有可能找上门来?
Chris -他们已经来找过我们了这些行业基本上都是生产电子设备的行业目前，故障会导致安全问题，这就是航空航天行业;或者在商业问题上，比如那些建立服务器和连接网络的人。所以，如果你有一个依赖于服务器的业务，卖给你服务器的人想告诉你这是一个非常可靠的服务器，所以人们会来测试这些服务器或这些服务器中的设备，以确保它们正常工作。
本-那你怎么保护自己不受中子雨的伤害呢?
克里斯-嗯，这就是所谓的设计硬化。这有点拗口，但它的意思是你有冗余，所以你建立了很多电路，所有的电路都在同一时间，他们可以投票决定哪一个是最好的，或者当你把东西不断检查，看看哪里发生了错误。随着电子设备变得越来越复杂，这变得越来越困难，我们看到的各种错误以及它们在系统中传播的方式正在发生变化，因此，我们必须保持领先地位，并进行测试以确保它正常工作。
Ben:所以，你不会只是建议每个人都把他们的服务器放在一个铅衬的房间里，以保证他们的安全。
克里斯-不幸的是，铺满铅的房间是没有用的。中子的能量非常大，它们可以直接穿过铅。所以，你不能通过把它们埋在地下来保护它们，除非你深入到地下很远的地方。所以，你要做的是设计硬化。你必须仔细考虑一下。你必须了解发生了什么，然后在你的电路中，在你的软件中，在所有的固件中进行设计，以及它的工作方式，以找出错误并纠正它们。
本-刚才是克里斯·弗罗斯特博士，他是ISIS芯片辐射研究项目的负责人。
ISIS揭示了大肠杆菌自私生存的机制
与布拉格研究所的斯蒂芬·霍尔特和安东·勒·布朗合作;来自ISIS的卢克·克利夫顿博士
本-本周ISIS之旅的最后一站向我们展示了它对生物系统研究的贡献。事实上，ISIS已经被用来揭示自然产生的抗菌蛋白是如何进入细胞的大肠杆菌．
为了了解更多，我会见了来自ISIS的卢克·克利夫顿博士，还有斯蒂芬·霍尔特，首先是来自澳大利亚核科学技术组织布拉格研究所的安东·勒·布朗……
安东-我们有一种毒素叫粘菌素n，它是由大肠杆菌扼杀竞争大肠杆菌细胞。所以，当大肠杆菌自然界中的细胞都处于压力之下，如缺乏营养物质，以控制其种群数量大肠杆菌会产生这种毒素杀死竞争的细胞，这样就有足够的营养物质供应。
我们研究的问题是，大肠杆菌是我们所说的革兰氏阴性细菌，这意味着它们有双层膜。这种毒素是如何穿过外膜到达内膜的?它利用外膜上的蛋白质来做到这一点。所以，我们在研究这种毒素是如何与受体蛋白结合然后穿过外膜的。
本:所以，这是一种天然抗生素，你想弄清楚它是如何起作用的。最终，有什么意义呢?为什么我们需要知道它是如何进入细胞的?
Anton:有很多原因。膜就是我们所说的疏水屏障。它可以防止我们不想要的东西进入我们的细胞，比如毒素和毒药，所以，研究的一个方面是，一般来说，物质是如何穿过这个疏水屏障的?同时，它也在研究大型抗菌剂是如何杀死细胞的，它们是如何通过膜运输的，这样在未来，我们就可以操纵这个过程来制造更好的抗菌剂。
本:为什么要用ISIS这样的中子源?为什么我们不能在显微镜下观察这些细胞并尝试观察发生了什么?
Stephen -嗨，我是Stephen Holt。我们当然可以在显微镜下观察它们我们可以观察到它们身体上发生了什么当你可以看到它们的形状变化时，你可以看到它们的毒素已经有效了，但你不知道它们是如何做到的。
所以，我们要做的是深入到分子水平，得到细节。光的分辨率受到限制，在其他方面也受到限制，比如确定不同的蛋白质，不能直接做到这一点。有了荧光标签，你就可以了，但再一次，你没有真正需要的分辨率。
我们决定用中子来做这个，降到分子水平，试着看看每个单独的成分在做什么。我相信你们都知道水是由氢组成的2O，氢和氧。中子会以一种特殊的方式与氢相互作用，真正的优势在于，如果你用氘而不是氢，这是氢的同位素，你可以得到D2哦，所谓重水。中子与它的相互作用会非常非常不同。然后你可以对蛋白质做同样的事情，你可以用氘取代一些或者所有的氢。这就像给一个蛋白质标记中子。然后我们就能把这两种不同的蛋白质看作是非常不同的实体。当我们对它们这样做时，我们可以把它们单独挑出来这样我们就可以在复合体或我们正在观察的膜中定位它们并确定它们是如何从溶液中移动到膜中的。它会一直往里移动吗?它会移动一部分吗?它位于哪里?我们可以看到非常明显的区别当我们有膜蛋白的时候。 And when it's not there, the toxin ended up in a very different position relative to the membrane.
Ben - Luke，为了看到这些互动，你实际上在和ISIS做什么?
卢克:嗯，在这个特殊的作品中，我们使用了ISIS现有的两种技术。一个是小角度中子散射，它允许我们检查溶液中的低分辨率结构粒子，另一个是中子反射，它允许我们分析结构表面。小角度中子散射在观察溶液中蛋白质的结构和结构变化方面特别有用，而中子反射法则善于观察模型生物膜的结构及其相互作用。
本，我想他们的名字能让你知道到底发生了什么吧?所以小角度散射包括观察发生了什么当你把中子瞄准一个非常锐角看它们是如何散射的而反射法包括观察它们是如何反弹的?
卢克-没错。
本:关于这种蛋白质，你到底发现了什么?它是如何进入这些细胞并发挥其抗生素作用的?
斯蒂芬:进入薄膜的毒素蛋白的数量，是不可能停留在离子通道内的，而离子通道通常只是用来让单个离子，比如氯离子，进出细胞。我们根本不可能把那么多的蛋白质塞进这些通道里。这在物理上是不可能的。所以我们认为唯一可能发生的就是它在外面。然后,当小角中子散射工作完成,结构、复杂的低分辨率结构出来非常清楚地表明,大肠杆菌素N毒素会之间的膜蛋白和脂质坐在它,这并不是完全展开,经历这种离子通道,但实际上它是在外面,没有展开和扰乱它的结构一样强烈如果它走上了另一条道路。
所以，它似乎利用了膜蛋白和膜本身之间的弱点，这就是它是如何偷偷通过的。
斯蒂芬:我不确定你是否称之为弱点。很明显，如果你加入任何蛋白质到大肠杆菌，它不会穿过屏障。所以，粘菌素N毒素通过这个的方式仍然有一些非常特别的地方。所以这不是一般的运输路线。它对这种特殊的蛋白质是特异性的如果我们能理解其中的一些特异性，那么这可能是一种开始攻击细菌细胞的方法。
布拉格研究所的本-斯蒂芬·霍尔特，在他之前，还有来自ISIS的卢克·克利夫顿，以及布拉格研究所的同事安东·勒布伦。
基本粒子能存在多久?
马丁:在我们的一生中，质子和电子是永远存在的……
如果中子单独存在，它们的寿命不到15分钟。
做一个实验，实际上我们做的中子散射实验，只需要持续不到一秒，所以这不是问题，但你可以捕获中子，把它们放在一个小瓶子里。它们持续不到15分钟。如果你有一个中子，它实际上是原子核的一部分，那么它实际上是永远存在的。但就其本身而言，不到15分钟。
戴夫-所以待在核里是为了稳定它，让它持续一生?
马丁:是的，绝对的。
ISIS如何帮助地球科学家?
马丁:嗯，地球运行的方式取决于构成地球的材料的性质。所以，地球内部的大部分是由不同种类的硅酸盐组成的，然后你到达地壳，你有更多不同种类的矿物质。
ISIS中子源对于了解这些材料的性质和结构是极好的。你可以用中子做的一件事，非常非常有用，就是你可以做实验，把样本放在高压和高温下。你可以用中子做什么因为中子往往需要相当大的样本，你有一个非常大的样本，但是你能够实现的实际上是一个非常好的温度和压力分布在样本上，所以它不是好像样本外面冷，中间热，你得到一个很大的范围。事实上，它真的很不错。
戴夫:所以，这是为了让你了解一种物质是如何在地球深处的巨大压力下工作的，否则我们是不知道的。
马丁:是的，没错。你不能确切地理解它是如何压缩的，当它压缩时原子移动到哪里，如果矿物内部的一些过程导致它改变形状，键改变，你可以看到所有这些。
本:所以，它给了我们一个更真实的画面，基本上是通过能够与物理性质相互作用以及实际上只是看一下结构。
马丁:是的，这是对的，因为材料的硬度，取决于原子之间的关系。这正是我们正在学习的。
我们能对亚原子粒子成像吗?
马丁:你可以看到原子核氢原子的原子核是一个质子，这是一样的。你看不出下面至少是ISIS产生的中子源，但你可以看到质子的水平。
在火星上听起来会不一样吗?
汉娜:在火星上没人能听到你的尖叫，这是真的吗?
首先，我们进行一些计算。一般来说，声速与物质的刚度除以密度的平方根成正比。由于火星的大气密度比地球上的低，所以你会认为声音的速度比地球上的快。但是如果你降低气体的压强，它的刚度也会降低。所以，火星上的声速应该和地球上的一样。但还有另一个因素需要考虑。火星离太阳更远。这是如何影响声速的呢?有请专家。
凯瑟琳-我的名字是凯瑟琳康利，我是美国宇航局的行星保护官员。不同的是温度。如果你降低大气的温度，声速就会变慢。事实上，火星上的声速大约是地球上声速的2/3。
汉娜:那么，假设两个人要登陆火星，考虑到那里的声速稍低，他们还能互相说话吗?一位听众了解了他的想法。
埃文-你好。我是来自澳大利亚悉尼的Evan Stanbury。火星上的声速大约是每秒240米。比地球上每秒340米的速度略低。就其本身而言，这不会使声音交流变得更加困难。然而，火星的大气密度不到地球的1%，按照我们的标准，几乎是真空。这意味着声音衰减要大得多，因此，语音不会传播很远。在稀薄的火星大气中，人类的嘴和耳朵无法有效地将声音输入或输出，因此人类实际上是失聪的。
汉娜-是的。火星上的声速较慢。很大程度上是因为那里的温度很低。而且大气层的低密度不适合人类的语言和听觉系统，这些系统是为地球上的生命而进化的。相反，无线电波，光的一种形式，可以很好地通过低密度传播，因此，可以作为一种交流的方法，这就是火星上的探索漫游者，比如好奇号，不是和彼此交流，而是和地球上的我们交流使用无线电波信息以光速传播，大约需要15分钟才能被地球接收。
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