Институт Пауля Шеррера - Paul Scherrer Institute

Пауль Шеррер Institut.svg

В Пол Шеррер Институт (PSI) это мультидисциплинарный исследовательский институт за естественный и инженерные науки в Швейцарии. Он расположен в Кантон Аргау в муниципалитетах Виллиген и Würenlingen по обе стороны реки Ааре, и занимает площадь более 35 га.[1] подобно ETH Цюрих и EPFL, PSI принадлежит Швейцарский федеральный технологический институт Швейцарской Конфедерации. В PSI работает около 2100 человек.[2] Он проводит базовый и прикладное исследование в области материи и материалов, здоровья человека, энергетики и окружающей среды. Около 37% исследовательской деятельности PSI сосредоточено на материальных науках, 24% - на науках о жизни, 19% - на общей энергетике, 11% - на ядерной энергии и безопасности и 9% - на физике элементарных частиц.[3]

PSI разрабатывает, строит и управляет крупными и сложными исследовательскими центрами и делает их доступными для национального и международного научного сообщества. Например, в 2017 году более 2500 исследователей из 60 разных стран приехали в PSI, чтобы воспользоваться преимуществами концентрации крупномасштабных исследовательских центров в одном месте, которое является уникальным во всем мире.[2] Около 1900 экспериментов проводится каждый год примерно на 40 измерительных станциях этих объектов.[4]

В последние годы институт был одним из крупнейших получателей денег от швейцарского лотерейного фонда.[5]

История

Институт имени швейцарского физика Пол Шеррер, была создана в 1988 году, когда EIR (Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung, Швейцарский федеральный институт реакторных исследований, основанный в 1960 г.) был объединен с SIN (Schweizerisches Institut für Nuklearphysik, Швейцарский институт ядерных исследований, основанный в 1968 г.). Два института на противоположных берегах реки Ааре служили национальными исследовательскими центрами: один специализируется на ядерной энергии, а другой - на ядерной физике и физике элементарных частиц.[6] С годами исследования в центрах расширились на другие области,[7] А на ядерную и реакторную физику сегодня приходится всего 11 процентов исследовательской работы PSI. Поскольку в 2011 году Швейцария решила отказаться от использования ядерной энергии,[8] это исследование в первую очередь касалось вопросов безопасности, таких как безопасное хранение радиоактивных отходов в глубоком геологическом хранилище.[9]

PSI расположен на правом и левом берегу реки Ааре в кантоне Аргау, Швейцария.

С 1984 г. в PSI действует (первоначально как SIN) Центр Протонная терапия для лечения пациентов с меланомой глаз и др. опухоли расположен глубоко внутри тела. К настоящему времени там пролечено более 9000 пациентов (статус 2020).[10]

Институт также занимается космическими исследованиями. Например, в 1990 году инженеры PSI построили детектор телескопа EUVITA для российского спутника Spectrum X-G, а позже также поставили НАСА и ЕКА с детекторами для анализа радиации в космосе. В 1992 году физики использовали ускорительная масс-спектрометрия и радиоуглеродные методы определить возраст Эци, мумию, найденную в леднике в Эцтальских Альпах годом ранее, из небольших образцов всего нескольких миллиграммов костей, тканей и травы.[11] Они были проанализированы в Ускоритель ТАНДЕМ на Hönggerberg около Цюриха, которым в то время совместно управляли ETH Zurich и PSI.

В 2009 году британский структурный биолог индийского происхождения Венкатраман Рамакришнан был удостоен Нобелевской премии по химии, среди прочего, за свои исследования в синхротронном источнике света в Швейцарии (SLS). SLS - один из четырех крупных исследовательских центров PSI. Его исследования позволили Рамакришнану выяснить, что рибосомы как выглядят и как они функционируют на уровне отдельных молекул. Используя информацию, закодированную в генах, рибосомы производят белки которые контролируют многие химические процессы в живых организмах.

В 2010 году международная группа исследователей PSI использовала отрицательные мюоны для выполнения нового измерения протона и обнаружил, что его радиус значительно меньше, чем считалось ранее: 0,84184 фемтометры вместо 0,8768. По сообщениям прессы, этот результат был не только удивительным, но и мог поставить под сомнение предыдущие модели в физике.[12] Измерения были возможны только с 590 МэВ ускорителем протонов HIPA от PSI, потому что его вторично генерируемый мюонный пучок - единственный в мире, достаточно интенсивный, чтобы провести эксперимент.[13]

В 2011 году исследователям из PSI и других организаций удалось расшифровать основную структуру белковой молекулы родопсина с помощью SLS. Этот оптический пигмент действует как своего рода световой датчик и играет решающую роль в процессе зрения.[14]

Так называемый «бочкообразный пиксельный детектор», созданный в PSI, был центральным элементом в Детектор CMS в Женевском центре ядерных исследований ЦЕРН, и, таким образом, участвовал в обнаружении бозона Хиггса. Это открытие, о котором было объявлено 4 июля 2012 года, через год было удостоено Нобелевской премии по физике.[15]

В январе 2016 года из PSI в США было вывезено 20 килограммов плутония. Согласно сообщению газеты,[16] у федерального правительства было секретное хранилище плутония, в котором хранился материал с 1960-х годов для создания атомной бомбы, как планировалось в то время. Федеральный совет отрицал это, утверждая, что содержание плутония-239 в материале было ниже 92 процентов, что означало, что это не оружейный материал.[17] Идея заключалась скорее в использовании материала, полученного из переработанных топливные стержни исследовательского реактора Diorit, который эксплуатировался с 1960 по 1977 год, для разработки нового поколения тепловыделяющих элементов для атомных электростанций.[18] Однако этого не произошло. К тому времени, когда в 2011 году было принято решение о поэтапном отказе от ядерной энергетики, стало ясно, что в Швейцарии этот материал больше не используется. Федеральный совет принял решение на Саммит по ядерной безопасности в 2014 году закрыть швейцарское хранилище плутония. Двустороннее соглашение между двумя странами означало, что плутоний затем может быть передан в США для дальнейшего хранения.[19]

PSI-директора
СрокДиректор
1988–1990Жан-Пьер Блазер
1990–1991Антон Мент
1991–1992Уилфред Хирт (временный)
1992–2002Мейнрад Эберле
2002–2007Ральф Эйхлер
2007–2008Мартин Джерманн (временный)
2008–2018Жоэль Мезо
2019–2020Тьерри Стрэссле (временный)
С 1 апреля 2020 г.Кристиан Рюэгг

В июле 2017 года трехмерное выравнивание намагниченности внутри трехмерного магнитного объекта было исследовано и визуализировано с помощью SLS без воздействия на материал. Ожидается, что эта технология будет полезна при разработке лучших магнитов, например, для двигателей или хранилищ данных.[20]

Жоэль Франсуа Мезо, давний директор PSI (с 2008 по 2018 год), был избран президентом ETH Zurich в конце 2018 года. С января 2019 года его пост временно занял физик и руководитель аппарата PSI Тьерри Стрэссле.[21] С 1 апреля 2020 года директором PSI стал физик Кристиан Рюэгг. Ранее он возглавлял исследовательское подразделение PSI «Нейтроны и мюоны».

Многочисленные PSI дочерние компании были созданы на протяжении многих лет, чтобы сделать результаты исследований доступными для широкой общественности.[22] Самым крупным дочерним предприятием со 120 сотрудниками является компания DECTRIS AG, основанная в 2006 году в соседнем Бадене, которая специализируется на разработке и маркетинге детекторов рентгеновского излучения. SwissNeutronics AG в Клингнау, которая продает оптические компоненты для нейтронных исследовательских установок, была основана еще в 1999 году. Несколько недавних ответвлений PSI, таких как производитель металлоорганические каркасы novoMOF или разработчик лекарств leadXpro обосновались рядом с PSI в парке Innovaare, который был основан в 2015 году при поддержке нескольких компаний и кантона Ааргау.[23]

Административное здание PSI в PSI East в Вюренлинген

Области исследований и специализации

PSI разрабатывает, строит и управляет несколькими ускорительные установки, е. г. сильный ток 590 МэВ циклотрон, который в нормальном режиме обеспечивает ток пучка около 2,2 мА. PSI также управляет четырьмя крупномасштабными исследовательскими центрами: синхротронный источник света (SLS), который особенно блестящий и стабильный, источник нейтронов откола (SINQ), а мюон источник (SμS) и рентгеновский лазер на свободных электронах (SwissFEL ). Это делает PSI в настоящее время (2020) единственным институтом в мире, который предоставляет четыре наиболее важных зонда для исследования структуры и динамики конденсированное вещество (нейтроны, мюоны и синхротронное излучение) в университетском городке для международного сообщества пользователей. Кроме того, целевые установки HIPA также производят пионы, которые питают источник мюонов и Ультрахолодный нейтрон источник УХН производит очень медленные ультрахолодные нейтроны. Все эти типы частиц используются для исследований в области физики элементарных частиц.

Исследования в PSI проводятся с помощью этих средств. Его основные направления включают:

Материя и материал

Все материалы, с которыми работают люди, состоят из атомы. Взаимодействие атомов и их расположение определяют свойства материала. Большинство исследователей в области материи и материалов в PSI хотят узнать больше о том, как внутренняя структура различных материалов соотносится с их наблюдаемыми свойствами. Фундаментальные исследования в этой области способствуют разработке новых материалов с широким спектром применения, например, в электротехника, лекарство, телекоммуникации, мобильность, новый хранилище энергии системы, квантовые компьютеры и спинтроника. Исследованные явления включают: сверхпроводимость, ферро- и антиферромагнетизм, спиновые жидкости и топологические изоляторы.[24]

Нейтроны интенсивно используются в исследованиях материалов в PSI, потому что они обеспечивают уникальный и неразрушающий доступ к внутренней части материалов в масштабах от размеров атомов до объектов длиной в сантиметр.[25] Таким образом, они служат идеальными зондами для исследования фундаментальных и прикладных исследовательских тем, таких как квантовые спиновые системы и их потенциал для применения в компьютерных технологиях будущего, функциональные возможности сложных липидных мембран и их использование для транспорта и целевого высвобождения лекарственных веществ, а также как структура новых материалов для хранения энергии как ключевых компонентов в интеллектуальных энергетических сетях.

В физика элементарных частиц, Исследователи PSI исследуют структуру и свойства самых внутренних слоев материи и то, что их скрепляет.[26] Мюоны, пионы и ультрахолодные нейтроны используются для проверки Стандартная модель элементарных частиц, чтобы определить фундаментальные естественные константы и проверить теории, выходящие за рамки Стандартной модели. Физика элементарных частиц в PSI имеет множество рекордов, в том числе самое точное определение константы связи из слабое взаимодействие и самое точное измерение радиус заряда протона.[27] Некоторые эксперименты направлены на обнаружение эффектов, которые не предусмотрены в Стандартной модели, но которые могут исправить несоответствия в теории или решить необъяснимые явления из астрофизики и космологии. Их результаты пока согласуются со Стандартной моделью. Примеры включают верхний предел гипотетического распада положительных мюонов на позитроны и фотоны, измеренный в эксперименте MEG.[28] а также постоянных электрический дипольный момент для нейтронов.[29]

Мюоны полезны не только в физике элементарных частиц, но также в физике твердого тела и материаловедении.[30] В мюонная спиновая спектроскопия метод (µSR) используется для исследования фундаментальных свойств магнитных и сверхпроводящих материалов, а также полупроводники, изоляторы и полупроводниковые структуры, включая технологически важные приложения, такие как солнечные элементы.

Энергия и окружающая среда

Исследователи PSI обращаются ко всем аспектам использования энергии с целью сделать энергоснабжение более устойчивым. Основные направления включают: новые технологии для возобновляемая энергия, накопитель энергии с низкими потерями, энергоэффективность, сжигание с низким уровнем загрязнения, топливные элементы, экспериментальная и модельная оценка циклов энергии и материалов, воздействия производства и потребления энергии на окружающую среду, а также ядерная энергия исследования, в частности реактор безопасность и управление отходами.

PSI управляет экспериментальной платформой ESI (Energy System Integration), чтобы ответить на конкретные вопросы о сезонном хранении энергии и секторная связь. Платформа может использоваться в исследованиях и в промышленности для тестирования перспективных подходов к интеграции возобновляемых источников энергии в энергетическую систему - например, хранения избыточной электроэнергии из солнечный или ветровая энергия в виде водород или метан.[31]

В PSI был разработан и успешно испытан метод извлечения значительно большего количества метана из биоотходов с помощью платформы ESI совместно с цюрихской энергетической компанией Energie 360 ​​°. Команда была награждена Watt d'Or 2018 Швейцарское федеральное управление энергетики.

Платформа для исследования катализаторов также поддерживается PSI. Катализ является центральным компонентом в различных процессах преобразования энергии, например в топливных элементах, электролизе воды и метанировании диоксида углерода.

Для проверки выбросов загрязняющих веществ в результате различных процессов производства энергии и поведения соответствующих веществ в атмосфере PSI также использует камеру для смога.[32]

Еще одна область исследований PSI - это влияние производства энергии на атмосферу на местном уровне, в том числе в Альпах, в полярных регионах Земли.[33] и в Китае.[34]

Подразделение ядерной энергии и безопасности призвано поддерживать высокий уровень ядерной экспертизы и, таким образом, обучение персонала ученые и инженеры в атомной энергетике. Например, PSI имеет одну из немногих лабораторий в Европе для исследования топливные стержни в промышленных реакторах. Отделение тесно сотрудничает с ETH Цюрих, EPFL и Бернский университет, используя, например, свои высокопроизводительные компьютеры или КРОКУС исследовательский реактор в EPFL.

Человеческое здоровье

PSI - один из ведущих мировых институтов в области исследования и применения протонная терапия для лечения рака. С 1984 года Центр протонной терапии успешно лечит онкологических больных с помощью специальной формы лучевой терапии. На сегодняшний день облучено более 7500 пациентов с опухолями глаз (статус 2020). Успешность лечения глаз с помощью установки OPTIS составляет более 98 процентов.[35]

В 1996 году впервые была оборудована облучательная установка (Gantry 1) для использования так называемой протонной техники точечного сканирования, разработанной в PSI. С помощью этого метода опухоли глубоко внутри тела сканируются трехмерным пучком протонов шириной от 5 до 7 мм. Путем наложения множества отдельных протонных пятен - около 10 000 пятен на литр объема - опухоль равномерно подвергается необходимой дозе облучения, которая контролируется индивидуально для каждого пятна. Это обеспечивает чрезвычайно точное, однородное облучение, оптимально адаптированное к обычно неправильной форме опухоли.[36] Этот метод позволяет максимально сохранить окружающие здоровые ткани. Первый портал использовался для пациентов с 1996 года до конца 2018 года. В 2013 году был введен в эксплуатацию второй портал 2, разработанный в PSI, а в середине 2018 года была открыта еще одна лечебная станция, Gantry 3.[37]

В области радиофармация, Инфраструктура PSI охватывает весь спектр. В частности, исследователи PSI занимаются очень маленькими опухолями, распространенными по всему телу.[38] Их нельзя вылечить с помощью обычных методов лучевой терапии. Однако новые радионуклиды, применимые в медицине, были произведены с помощью ускорителей протонов и источника нейтронов SINQ в PSI. В сочетании для терапии специальными биомолекулами - так называемыми антитела терапевтические молекулы могут быть сформированы для селективного и специфического обнаружения опухолевых клеток. Затем они помечаются радиоактивным изотопом. Его излучение может быть локализовано с помощью таких методов визуализации, как ОФЭКТ или ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ, что позволяет диагностировать опухоли и их метастазы. Более того, его можно дозировать, чтобы он также разрушал опухолевые клетки. В PSI разработано несколько таких радиоактивных веществ. В настоящее время они проходят клинические испытания в тесном сотрудничестве с университетами, клиниками и фармацевтической промышленностью.[39] PSI также снабжает местные больницы радиофармпрепаратами, если это необходимо.[40]

С момента открытия синхротронного источника света в Швейцарии (SLS) структурная биология стала еще одним направлением исследований в области здоровья человека. Здесь исследуются структура и функция биомолекул - предпочтительно с атомным разрешением. Исследователей PSI в первую очередь интересуют белки. Каждая живая клетка нуждается в несметном количестве этих молекул, например, для того, чтобы иметь возможность метаболизировать, принимать и передавать сигналы или делиться. Цель состоит в том, чтобы лучше понять эти жизненные процессы и, таким образом, иметь возможность более эффективно лечить или предотвращать заболевания.[41]

Например, PSI исследует структуру нитевидных структур, так называемых микротрубочки, которые, помимо прочего, разрывают хромосомы во время деления клеток. Они состоят из длинных белковых цепей. Когда химиотерапия используется для лечения рака, она нарушает сборку или разрушение этих цепей, так что раковые клетки больше не могут делиться. Исследователи внимательно наблюдают за структурой этих белков и за тем, как они меняются, чтобы точно определить, где лекарства от рака должны атаковать микротрубочки.[42][43] С помощью PSI SwissFEL Рентгеновский лазер на свободных электронах, который был открыт в 2016 году, исследователи смогли проанализировать динамические процессы в биомолекулах с чрезвычайно высоким временным разрешением - менее одной триллионной секунды (пикосекунды).[44] Например, они обнаружили, как определенные белки в фоторецепторы сетчатки наших глаз активируются светом.

Ускорители и крупные исследовательские центры PSI

Ускоритель протонов

Хотя PSI ускоритель протонов, который поступил на вооружение в 1974 г., вначале использовался в основном для элементарных физика элементарных частиц, сегодня основное внимание уделяется приложениям для физика твердого тела, радиофармпрепараты и терапия рака.[7] С момента начала эксплуатации он постоянно совершенствовался, и на сегодняшний день его производительность составляет 2,4 мА, что в 24 раза выше первоначальных 100 мкА.[45] Вот почему сейчас объект считается высокопроизводительным ускорителем протонов, сокращенно HIPA (High Intensity Proton Accelerator). По сути, он состоит из трех последовательно включенных ускорителей: Кокрофта-Уолтона, циклотрона инжектор-2 и кольцевого циклотрона. Они ускоряют протоны примерно до 80 процентов скорость света.[46]

Источник протонов и Кокрофт-Уолтон

В источнике протонов на основе циклотрон резонанс, микроволны используются для удаления электронов с атомов водорода. Остались атомные ядра водорода, каждое из которых состоит только из одного протона. Эти протоны покидают источник с потенциал 60 киловольт и затем подвергаются дальнейшему Напряжение 810 киловольт в ускорительной трубке. Оба напряжения поступают от Ускоритель Кокрофта-Уолтона. Обладая в общей сложности 870 киловольт, протоны ускоряются до скорости 46 миллионов км / ч, или 4 процентов от скорости света.[47] Затем протоны поступают в Инжектор-2.

Инжектор-1

С Injector-1 можно было достичь рабочих токов 170 мкА и пиковых токов 200 мкА. Он также использовался для экспериментов с низким энергопотреблением, для терапии глаз OPTIS и для эксперимента LiSoR в проекте MEGAPIE. С 1 декабря 2010 года этот кольцевой ускоритель не работает.

Инжектор-2
Инжектор-2
Тип:Изохронный спирально-обратный циклотрон
Магниты:4 единицы
Общая масса магнита:760 т
Ускоряющие элементы:4 Резонаторы (50 МГц)
Энергия извлечения:72 МэВ

Инжектор-2, который был введен в эксплуатацию в 1984 году и разработан тогдашней компанией SIN, заменил Инжектор-1 в качестве инжекторной машины для кольцевого циклотрона на 590 МэВ. Изначально можно было использовать Инжектор-1 и Инжектор-2 поочередно, но теперь только Инжектор-2 используется для подачи пучка протонов в кольцо. Новый циклотрон позволил увеличить ток пучка с 1 до 2 мА, что стало абсолютным рекордом для 80-х годов. Сегодня Инжектор-2 поставляет ток пучка ≈ 2,2 мА в обычном режиме и 2,4 мА в режиме высокого тока при 72 МэВ, что составляет около 38 процентов скорости света.[48]

Первоначально два резонатора работали на частоте 150 МГц в режиме с плоским верхом, чтобы обеспечить четкое разделение орбит протонов, но теперь они также используются для ускорения. Часть выведенного пучка протонов с энергией 72 МэВ может быть отщеплена за изотоп производство, а основная часть подается в кольцевой циклотрон для дальнейшего ускорения.

Кольцо
Кольцевой циклотрон PSI
Тип:Изохронный спирально-обратный циклотрон
Магниты:8 единиц
Общая масса магнита:2000 т
Ускоряющие элементы:4 (5) Полости (50 МГц)
Энергия извлечения:590 МэВ

Как и «Инжектор-2», кольцевой циклотрон, окружность которого составляет около 48 м, был введен в эксплуатацию в 1974 году. Он был специально разработан в SIN и составляет основу ускорителей протонов PSI. Протоны ускоряются до 80 процентов скорости света на треке длиной примерно 4 км, который протоны проходят внутри кольца за 186 кругов. Это соответствует кинетической энергии 590 МэВ.[49] В мире существует всего три таких кольца, а именно: ТРИУМФ в Ванкувере, Канада; ЛАМПФ в Лос-Аламосе, США; и тот, что в PSI. TRIUMF достиг только тока пучка 500 мкА и LAMPF 1 мА.

Помимо четырех оригинальных Полости В 1979 году была добавлена ​​пятая полость меньшего размера. Она работает на частоте 150 мегагерц как полость с плоским верхом, что позволило значительно увеличить количество извлекаемых частиц. С 2008 года все старые алюминиевые полости кольцевого циклотрона были заменены новыми медными. Они обеспечивают более высокие амплитуды напряжения и, следовательно, большее ускорение протонов за оборот. Таким образом, число оборотов протонов в циклотроне может быть уменьшено с прибл. С 200 до 186, а расстояние, пройденное протонами в циклотроне, уменьшилось с 6 км до 4 км. С током пучка 2,2 мА эта установка для протонов в PSI в настоящее время является самой мощный ускоритель непрерывного действия частиц в мире. Сильный пучок протонов мощностью 1,3 МВт направлен на источник мюонов (SμS) и источник нейтронов расщепления (SINQ).

Швейцарский мюонный источник (SμS)

В центре большого экспериментального зала пучок протонов кольцевого циклотрона сталкивается с двумя мишенями - кольцами углерод. При столкновении протонов с атомными ядрами углерода пионы сначала образуются, а затем распадаются на мюоны примерно через 26 миллиардных долей секунды. Затем магниты направляют эти мюоны к инструментам, используемым в материаловедении и физике элементарных частиц.[50] Благодаря чрезвычайно высокому току протонов кольцевого циклотрона, источник мюонов способен генерировать самые интенсивные в мире мюонные пучки.[51] Это позволяет исследователям проводить эксперименты в области физики элементарных частиц и материаловедения, которые невозможно провести в другом месте.

Швейцарский мюонный источник (SμS) имеет семь каналов излучения, которые ученые могут использовать для исследования различных аспектов современной физики. Некоторые материаловеды используют их для мюонная спиновая спектроскопия эксперименты. PSI - единственное место в мире, где доступен мюонный пучок достаточной интенсивности при очень низкой энергии всего в несколько килоэлектрон-вольт - благодаря высокой интенсивности мюонного источника и особой технологии. Получающиеся в результате мюоны достаточно медленные, чтобы их можно было использовать для анализа тонких слоев материала и поверхностей.[52] Для таких исследований доступны шесть измерительных станций (FLAME (с 2021 г.), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 и LEM) с приборами для широкого спектра приложений.

Физики элементарных частиц используют некоторые из лучей для выполнения высокоточных измерений, чтобы проверить пределы Стандартной модели.

Швейцарский источник нейтронов расщепления (SINQ)

В источник нейтронов SINQ, который действует с 1996 года, был первым и до сих пор остается самым мощным в своем роде. Обеспечивает непрерывный нейтронный поток из 1014 п см−2s−1.[53] В SINQ протоны из ускорителя крупных частиц поражают свинцовую мишень и выбивают нейтроны из ядер свинца, делая их доступными для экспериментов.[45] В дополнение к тепловые нейтроны, а Модератор из жидкости дейтерий также позволяет производить медленные нейтроны, которые имеют более низкую энергетический спектр.

Цель MEGAPIE (Мегаватт число Пимного-Experiment) вступил в строй летом 2006 года. При замене твердой мишени на мишень из свинцово-висмутовая эвтектика выход нейтронов можно было бы увеличить еще примерно на 80%.[54]

Поскольку избавиться от цели MEGAPIE было бы очень дорого, в 2009 году PSI решила не создавать другую такую ​​цель, а вместо этого продолжить разработку твердой цели, поскольку она уже доказала свою ценность. Основываясь на результатах проекта MEGAPIE, можно было получить почти такое же увеличение выхода нейтронов для работы с твердой мишенью.

SINQ был одним из первых предприятий, в котором использовались специально разработанные оптические направляющие системы для транспортировки медленных нейтронов. Стеклянные трубопроводы с металлическим покрытием направляют нейтроны на большие расстояния (несколько десятков метров) за счет полного отражения, аналогичного световоду в стеклянных волокнах, с низкой потерей интенсивности. Эффективность этих нейтроноводов неуклонно повышалась с развитием технологий производства. Вот почему PSI решила провести комплексную модернизацию в 2019 году. Когда SINQ вернется в эксплуатацию летом 2020 года, он сможет предоставить в среднем в пять раз больше нейтронов для экспериментов, а в особом случае даже в 30 раз. более.

15 инструментов SINQ используются не только в исследовательских проектах PSI, но также доступны для национальных и международных пользователей.

Источник ультрахолодных нейтронов (УХН)

С 2011 года PSI также эксплуатирует второй источник нейтронов расщепления для генерации ультрахолодные нейтроны (UCN).[55] В отличие от SINQ, он импульсный и использует полный луч HIPA, но обычно только в течение 8 секунд каждые 5 минут. Дизайн похож на SINQ. Однако для охлаждения нейтронов в качестве холодного замедлителя используется замороженный дейтерий с температурой 5 Кельвинов (что соответствует -268 градусам Цельсия). Сгенерированные УХН можно хранить в установке и наблюдать в течение нескольких минут в экспериментах.

Циклотрон КОМЕТА

Этот сверхпроводящий циклотрон на 250 МэВ используется для протонной терапии с 2007 года и обеспечивает луч для лечения опухолей у онкологических больных. Это был первый в мире сверхпроводящий циклотрон, который использовался для протонной терапии. Раньше для этой цели отщеплялась часть протонного пучка от кольцевого циклотрона, но с 2007 года медицинское учреждение самостоятельно производит собственный протонный пучок, который снабжает несколько облучательных станций для терапии.[56] За это время были улучшены и другие компоненты объекта, периферийное оборудование и системы управления, так что сегодня объект доступен более 98 процентов времени и работает более 7000 часов в год.

Швейцарский источник света (SLS)

Основная статья: Швейцарский источник света

Швейцарский источник света (SLS),[57][58] электрон синхротрон, находится в эксплуатации с 1 августа 2001 года. Работает как своего рода комбинированный Рентген аппарат и микроскоп для проверки самых разных веществ. В круговой структуре электроны движутся по круговой траектории длиной 288 м, испуская синхротронное излучение в тангенциальный направление. В общей сложности 350 магнитов удерживают электронный луч и фокусируют его. Полости ускорения гарантируют, что скорость луча остается постоянной.

Панорамный вид на Швейцарский источник света

С 2008 года SLS является ускорителем с самым тонким электронным пучком в мире.Исследователи и технические специалисты PSI работали над этим восемь лет и неоднократно настраивали каждый из множества магнитов. SLS предлагает очень широкий спектр синхротронного излучения от инфракрасного света до жесткого рентгеновского излучения. Это позволяет исследователям делать микроскопические снимки внутри объектов, материалов и тканей, например, для улучшения материалов или разработки лекарств.[7]

В 2017 году новый прибор на SLS позволил впервые заглянуть внутрь компьютерного чипа, не разрушив его. Стали видны такие структуры, как узкие линии электропередач 45 нанометров и транзисторы высотой 34 нанометра. Эта технология позволяет производителям микросхем, например, более легко проверять, соответствуют ли их продукты спецификациям.[59]

В настоящее время под рабочим названием "SLS 2.0" разрабатываются планы по модернизации SLS и, таким образом, по созданию синхротронного источника света четвертого поколения.[60]

SwissFEL

Основная статья: SwissFEL

В SwissFEL лазер на свободных электронах был официально открыт 5 декабря 2016 года федеральным советником Иоганном Шнайдер-Амманном. В 2018 году первый луч ARAMIS вступил в строй. Второй луч ATHOS планируется запустить осенью 2020 года.[61] Во всем мире действуют только четыре сопоставимых объекта.[62]

Тренировочный центр

Образовательный центр PSI имеет более чем 30-летний опыт обучения и повышения квалификации в технических и междисциплинарных областях. Ежегодно он обучает более 3000 участников.[63]

Центр предлагает широкий спектр курсов базовой и продвинутой подготовки как для специалистов, так и для других лиц, работающих с ионизирующим излучением или радиоактивными материалами. Курсы, на которых участники приобретают соответствующий опыт, признаны Федеральное управление общественного здравоохранения (FOPH) и Швейцарская федеральная инспекция по ядерной безопасности (ENSI).

Он также проводит базовые и дополнительные курсы обучения для сотрудников PSI и заинтересованных лиц из домена ETH. С 2015 года курсы по развитию человеческих ресурсов (такие как управление конфликтами, семинары по лидерству, навыкам общения и передачи).

Качество Образовательного центра PSI сертифицировано (ISO 29990: 2001).

Сотрудничество с промышленностью

PSI имеет около 100 действующих патентных семейств.[64] в, например, медицине, с помощью методов исследования протонной терапии против рака или обнаружения прионов, причина коровье бешенство. Другие семейства патентов относятся к области фотологии, с особыми литография процессы структурирования поверхностей, в науках об окружающей среде для вторичной переработки редкие земли, для катализаторов или для газификации биомассы, в материаловедении и в других областях. PSI имеет собственное бюро передачи технологий по патентам.[65][66]

Патенты, например, выданы на детекторы, используемые в высокопроизводительных рентгеновских камерах, разработанных для швейцарского источника синхротронного света SLS, которые могут использоваться для исследования материалов на атомном уровне. На их основе была основана компания DECTRIS, крупнейшая на сегодняшний день дочерняя компания PSI.[67] В 2017 году компания Debiopharm из Лозанны лицензировала действующее вещество 177Lu-PSIG-2, которое было разработано в Центре радиофармацевтических наук PSI. Это вещество эффективно при лечении рака щитовидной железы. Он будет развиваться под названием DEBIO 1124 с целью утверждения и подготовки к запуску на рынок. Другой дополнительный продукт PSI, GratXray, работает с методом, основанным на фазовых контрастах в решеточной интерферометрии. Первоначально этот метод был разработан для характеристики синхротронного излучения и, как ожидается, станет золотым стандартом в скрининге рака груди. Новая технология уже использовалась в прототипе, разработанном PSI в сотрудничестве с Philips.

Смотрите также

Швейцарский федеральный технологический институт (ETH) Домен
ETH-Bereich.svg
Бюджет на 2019 г. (млн Швейцарский франк )
ETH Домен2616
Федеральные технологические институты
1298
686
Федеральные научно-исследовательские институты
321
124
54
59

Рекомендации

  1. ^ ПСИ-журнал 5232, выпуск 3/2018, с. 39
  2. ^ а б "Кратко об Институте Пауля Шеррера". Получено 2019-02-28.
  3. ^ "Факты и цифры". Получено 2019-02-28.
  4. ^ Вальтер Хагенбюхле (14.10.2018). "Das Paul-Scherrer-Institut betreibt jene Art von Forschung, die einen langen Atem braucht, интервью с директором PSI Джоэлем Мезотом". Neue Zürcher Zeitung. Получено 2019-02-28.
  5. ^ Флориан Имбах (2020-01-08). "Lotteriefonds-Auswertung - Vor allem Grossinstitutionen profitieren". srf.ch. Получено 2020-01-08.
  6. ^ Робин Шварценбах (15.10.2018). "Пауль Шеррер - дер Манн дер ETH für Zukunftsthemen". Neue Zürcher Zeitung. Получено 2019-02-28.
  7. ^ а б c «История PSI». Получено 2019-02-28.
  8. ^ Джеймс Кантер (25 мая 2011 г.). «Швейцария принимает решение о поэтапном отказе от ядерной энергии». Нью-Йорк Таймс.
  9. ^ Леонид Лейва (15.01.2014). «Как закрываются поры в глубоких хранилищах». PSI. Получено 2019-02-28.
  10. ^ «Протонная терапия в PSI». Получено 2020-06-01.
  11. ^ Бонани, Г. и др .: Altersbestimmung von Milligrammproben der Ötztaler Gletscherleiche mit der Beschleunigermassenspektrometrie-Methode (AMS). Отчет о Международном симпозиуме 1992 г. в Инсбруке. В: Universität Innsbruck (издатель): Публикации Инсбрукского университета. Der Mann im Eis. 187. Инсбрук 1992, с. 108–116
  12. ^ «Протон меньше мысли - может переписать законы физики». Национальная география. 2010-07-09. Получено 2020-08-12.
  13. ^ «Протоны - меньше, чем мы думали». PSI. 2010-07-08. Получено 2019-03-01.
  14. ^ Пол Пивницкий (09.03.2011). «Расшифрованы основные структуры зрения». PSI. Получено 2020-08-12.
  15. ^ «Наблюдение новой частицы с массой 125 ГэВ». PSI. 2012-07-04. Получено 2020-08-12.
  16. ^ "Schweiz lagerte Plutonium für vier Atombomben". tagesanzeiger.ch. 2016-02-28. Получено 2020-08-12.
  17. ^ «Уберфюнг фон плутония в США. Handelte es sich um waffenfähiges Plutonium?». Die Schweizer Bundesversammlung. 2016-03-09. Получено 2019-03-01.
  18. ^ "Schweizer Plutonium war nicht waffenfähig". tagesanzeiger.ch. 2016-03-14. Получено 2020-08-12.
  19. ^ "Транспортировка бундесвера с плутониевым лагерем в США". Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung. 2016-02-26. Получено 2019-03-01.
  20. ^ Лаура Хеннеманн (2017-07-20). "Таухганг ин Эйнен Магнетен". PSI. Получено 2019-03-01.
  21. ^ «Федеральный совет назначает Джан-Лука Бона членом Совета ETH, а Тьерри Стрэссле временно исполняет обязанности директора PSI». 2018-12-14. Получено 2020-08-12.
  22. ^ «Спин-офф компании». Получено 2020-06-01.
  23. ^ PSI-Журнал 5232, выпуск 3/2018, с. 8–20
  24. ^ «Материя и материал». Получено 2020-06-01.
  25. ^ «Исследования с нейтронами и мюонами (NUM)». Получено 2020-06-01.
  26. ^ «Обзор: материя и материал». Получено 2020-08-13.
  27. ^ «Слабая сторона протона». Получено 2020-08-13.
  28. ^ «В поисках неуловимого белого ворона физики элементарных частиц». Получено 2020-06-01.
  29. ^ «Отслеживание тайны материи». Получено 2020-08-13.
  30. ^ «Исследования с мюонами». Получено 2020-06-01.
  31. ^ «Платформа ESI». Получено 2020-08-13.
  32. ^ Урс Балтенспергер (12 августа 2008 г.). «Образование вторичного органического аэрозоля в камере смога и его связь с распределением источников в реальной атмосфере» (PDF). PSI. Получено 2019-03-01.
  33. ^ «Северный Ледовитый океан 2018». Получено 2019-03-01.
  34. ^ «Чистая энергия для Китая» (PDF). Energie-Spiegel. PSI. 2006-11-01. Получено 2019-03-01.
  35. ^ «Лечение рака с помощью протонной терапии» (PDF). Июль 2017 г.. Получено 2020-08-13.
  36. ^ "Точечное сканирование". Получено 2019-03-01.
  37. ^ "Behandlungsräume". Получено 2020-06-01.
  38. ^ Сабина Голдхан (2016-04-21). «Поражение раком изнутри». PSI. Получено 2019-03-01.
  39. ^ «Debiopharm International SA и Институт Пола Шеррера объявляют о лицензионном соглашении на разработку нового целевого радиотерапевтического продукта в онкологии». Получено 2020-06-01.
  40. ^ "Dieses radioaktive Medikament ist nur 90 Minuten brauchbar - und trotzdem heiss begehrt". Получено 2020-06-01.
  41. ^ «Обзор: здоровье человека». Получено 2019-03-01.
  42. ^ «Молекулярные ножницы стабилизируют цитоскелет клетки». Получено 2020-06-01.
  43. ^ «Молекулярный механизм действия противораковых агентов, стабилизирующих микротрубочки». Получено 2020-06-01.
  44. ^ «Биологический датчик света заснят в действии». Получено 2020-06-01.
  45. ^ а б «Ускоритель протонов в Институте Пауля Шеррера: сорок лет первоклассных исследований». PSI. 2014-02-24. Получено 2019-03-01.
  46. ^ «Ускоритель протонов PSI». Получено 2019-03-01.
  47. ^ Лаура Хеннеманн (2014-09-23). «Надежный образец из 80-х». PSI. Получено 2019-03-01.
  48. ^ «Инжектор 2: предварительный ускоритель для протонов». Получено 2020-06-02.
  49. ^ «Ускоритель протонов PSI». Получено 2020-06-01.
  50. ^ «Источник мюонов SμS». Получено 2019-03-01.
  51. ^ Журнал PSI 5232, выпуск 3/2018, с. 6
  52. ^ «Исследования с мюонами». Получено 2019-03-02.
  53. ^ "SINQ: Швейцарский источник нейтронов расщепления". Получено 2020-06-02.
  54. ^ «Пострадиационное исследование MEGAPIE - Как радиохимический анализ помогает заглянуть внутрь мощной мишени для расщепления жидкого металла». Получено 2020-06-02.
  55. ^ Бернхард Лаусс (2012-03-02). «Пуск мощного источника ультрахолодных нейтронов в Институте Пауля Шеррера» (PDF). ОСНОВНОЙ. Springer Science. Получено 2020-06-02.
  56. ^ "КОМЕТА Циклотрон". Получено 2019-03-01.
  57. ^ Институт Пауля Шеррера (PSI): Swiss Lightsource SLS (главная)
  58. ^ "Швейцарский источник света SLS". Получено 2019-03-01.
  59. ^ Пол Пивницкий (2017-03-16). «Трехмерное рентгеновское изображение делает видимыми мельчайшие детали компьютерного чипа». PSI. Получено 2019-03-01.
  60. ^ «SLS-2 - модернизация швейцарского источника света». Получено 2019-03-01.
  61. ^ PSI-годовой отчет, Ausgabe 2017, S. 11
  62. ^ Лаура Хеннеманн (2017-12-07). «Первый эксперимент в SwissFEL успешно проведен». PSI. Получено 2019-03-01.
  63. ^ «Обучение и повышение квалификации в Образовательном центре PSI». Получено 2019-03-01.
  64. ^ «Интеллектуальная собственность в PSI». Получено 2020-06-02.
  65. ^ «Передача технологий в Институте Пауля Шеррера». Получено 2020-06-02.
  66. ^ Журнал PSI 5232, выпуск 2/2020
  67. ^ Сабина Голдхан (2018-03-01). "Vom Forscher zum Unternehmer" (PDF). ПСИ-Магазин 5232. PSI. Получено 2020-06-02.

внешняя ссылка

Координаты: 47 ° 32′10 ″ с.ш. 8 ° 13′22 ″ в.д. / 47,53611 ° с. Ш. 8,22278 ° в. / 47.53611; 8.22278