Institutul Paul Scherrer

Universități federale și institute de cercetare Écoles polytechniques fédérales Politecnici federali Scolas politecnicas federalas
Buget ordinar 2019 (milioane CHF)
Domeniul ETH	2.616
Universități ETH Zurich EPFL	1.298 686
Institutele de cercetare PSI WSL Empa Eawag	321 59 124 54

Institutul Paul Scherrer ( PSI , franceza Institutul Paul Scherrer , italian Istituto Paul Scherrer , retoromană Institutul Paul Scherrer ) este un multidisciplinar institut de cercetare pentru naturale și științe inginerești în Elveția . Este situat în municipiul Villigen și Würenlingen din cantonul elvețian Argovia de ambele părți ale Aare și face parte din domeniul ETHa Confederației Elvețiene. Institutul are aproximativ 2100 de angajați și efectuează cercetări de bază și aplicate în domeniile materiei și materialului, a oamenilor și a sănătății, precum și a energiei și a mediului pe o suprafață de peste 35 de hectare . Activitățile de cercetare sunt împărțite în următoarele domenii: știința materialelor 37%, științele vieții 24%, energia generală 19%, energia nucleară și siguranța 11%, fizica particulelor 9%.

PSI dezvoltă, construiește și operează facilități de cercetare mari și complexe și le pune la dispoziția comunității științifice naționale și internaționale. În 2017, de exemplu, peste 2500 de cercetători din 60 de națiuni diferite au venit la PSI pentru a utiliza combinația unică la nivel global de facilități mari de cercetare în aceeași locație. Aproximativ 1900 de experimente sunt efectuate în fiecare an la aproximativ 40 de stații de măsurare din instalație.

Institutul a fost unul dintre cei mai mari beneficiari de bani din fondul de loterie din ultimii ani .

istorie

Institutul numit după fizicianul elvețian Paul Scherrer a fost creat în 1988 din fuziunea EIR (Institutul Federal pentru Cercetarea Reactoarelor) fondat în 1960 și SIN (Institutul Elvețian pentru Cercetare Nucleară) fondat în 1968. Cele două institute erau situate unul față de altul pe Aare și au servit ca centre naționale de cercetare a energiei nucleare pe de o parte și fizica nucleară și a particulelor pe de altă parte. De-a lungul anilor, cercetările s-au extins în alte domenii, astfel încât fizica nucleară și a reactoarelor, de exemplu, reprezintă încă 11% din activitatea de cercetare la PSI astăzi. Ca urmare a deciziei elvețiene de a elimina treptat energia nucleară în 2011, această zonă se referă în primul rând la chestiuni de siguranță, de exemplu atunci când se ocupă cu depozitarea deșeurilor radioactive într-un depozit profund. Cu toate acestea, va fi încă utilizat în viitoarele reactoare nucleare, cum ar fi B. reactorul de temperatură înaltă , cercetat.

Din 1984 PSI (inițial încă sub numele de SIN) a funcționat centrul pentru terapia cu protoni pentru tratamentul pacienților cu melanom ocular și alte tumori localizate adânc în corp . Peste 9.000 de pacienți au fost tratați de atunci (începând cu 2020).

Institutul este, de asemenea, activ în cercetarea spațială. De exemplu, în 1990 inginerii PSI au construit detectorul pentru telescopul EUVITA pentru satelitul rus Spectrum XG și mai târziu și detectoare pentru NASA și ESA , care analizează radiațiile din spațiu . Pe acceleratorul tandem de pe Hönggerberg din Zurich, care la acea vreme era operat în comun de ETH Zurich și PSI, anumiți fizicieni în 1992 prin spectrometrie de masă accelerator și datarea cu carbon a probelor de os, țesut și iarbă de câteva miligrame din epoca ghețarul Ötzi , cel găsit cu un an înainte în Alpii Ötztal.

În 2009, biologul structural britanic Venkatraman Ramakrishnan din India a primit Premiul Nobel pentru chimie pentru studiile sale la Sincronul elvețian de sursă de lumină (SLS). SLS este una dintre cele patru mari facilități de cercetare de la PSI. Datorită studiilor, Ramakrishnan a reușit să clarifice cum arată ribozomii și cum funcționează aceștia la nivelul moleculelor individuale. Folosind informațiile codificate în gene, ribozomii produc proteine care controlează multe procese chimice în viețuitoare.

În 2010, o echipa internationala de cercetatori de la PSI efectuat o nouă măsurare a protonului cu negativ muonilor și a constatat că raza sa este semnificativ mai mică decât sa presupus anterior: 0.84184 femtometers în loc de 0.8768. Conform rapoartelor de presă, acest rezultat nu a fost doar surprinzător, ci ar putea pune în discuție și modelele anterioare de fizică. Măsurătorile au fost posibile doar cu acceleratorul de protoni 590 MeV HIPA de la PSI, deoarece în întreaga lume doar fasciculul său de muon generat secundar este suficient de intens pentru a realiza experimentul.

În 2011, cercetătorii de la PSI, printre alții, au putut utiliza SLS pentru a descifra structura proteinei rodopsină. Ca un fel de senzor de lumină, acest pigment vizual joacă un rol cheie în procesul de vedere.

Un așa-numit detector de pixeli cu baril construit la PSI, ca element de bază al detectorului CMS de la centrul de cercetare nucleară din Geneva CERN , a fost implicat în detectarea bosonului Higgs. Pentru această descoperire, anunțată pe 4 iulie 2012, Premiul Nobel pentru Fizică a fost acordat un an mai târziu.

În ianuarie 2016, 20 de kilograme de plutoniu au fost aduse de la PSI în SUA. Potrivit unui raport al ziarului, materialul a fost păstrat încă din anii 1960 într-un magazin federal secret de plutoniu pentru construcția planificată atunci a unei bombe atomice. Consiliul Federal a contrazis această afirmație: conținutul de plutoniu-239 al materialului era sub 92 la sută, deci nu era de calitate pentru arme. Mai degrabă, materialul, după ce a fost obținut din tije de combustibil reprocesate din reactorul de cercetare Diorit, care a funcționat între 1960 și 1977 , urma să fie utilizat pentru a dezvolta o nouă generație de tipuri de elemente combustibile pentru centralele nucleare. Dar asta nu s-a întâmplat niciodată. După decizia de eliminare nucleară din 2011 cel târziu, a fost clar că materialul nu va mai fi utilizat în Elveția. În 2014, Consiliul Federal a decis la summitul privind securitatea nucleară să dizolve zăcământul elvețian de plutoniu și l-a transferat în SUA pentru depozitare ulterioară pe baza unui acord bilateral existent.

Directorii PSI

Mandat	director
1988-1990	Jean-Pierre Blaser
1990-1991	Anton Menth
1991-1992	Wilfred Hirt (interimar)
1992-2002	Meinrad Eberle
2002-2007	Ralph Eichler
2007-2008	Martin Jermann (interimar)
2008-2018	Joël Mesot
2019-2020	Thierry Strässle (interimar)
De la 1 aprilie 2020	Christian Rüegg

În iulie 2017, SLS a reușit să examineze și să vizualizeze alinierea tridimensională a magnetizării în interiorul unui material fără a afecta materialul. Tehnologia este menită să contribuie la dezvoltarea unor magneți mai buni, de exemplu pentru motoare sau stocarea datelor.

Directorul PSI de multă vreme Joël François Mesot (2008-2018) a fost ales președinte al ETH Zurich la sfârșitul anului 2018. Din ianuarie 2019, postul său a fost preluat temporar de fizicianul și șeful de cabinet la PSI Thierry Strässle. De la 1 aprilie 2020, fizicianul și fostul șef al Unității de Cercetare Neutroni și Muoni PSI, Christian Rüegg, este Director PSI.

Numeroase companii au fost desprinse din PSI de-a lungul anilor pentru a face rezultatele cercetării utilizabile pentru societate. Cea mai mare spin-off cu 120 de angajați este DECTRIS AG, înființată în 2006 în Baden din apropiere, specializată în dezvoltarea și comercializarea detectoarelor de raze X. SwissNeutronics AG a fost fondată în Klingnau în 1999 și vinde componente optice pentru sisteme de cercetare a neutronilor. Câteva ramuri noi PSI, cum ar fi producătorul de cadre metal-organice novoMOF sau dezvoltatorul de medicamente leadXpro, s-au stabilit în parcul Innovaare, care a fost fondat în 2015 împreună cu cantonul Argovia și mai multe companii, în vecinătatea PSI.

Domenii de cercetare și de specialitate

PSI dezvoltă, construiește și operează mai multe facilități de accelerare , de ex. B. un ciclotron cu curent mare de 590 MeV , care furnizează un curent de fascicul de aproximativ 2,2 mA în funcționare de rutină. În plus, PSI operează patru facilități de cercetare la scară largă: o sursă de lumină sincronică (SLS) cu o strălucire și o stabilitate deosebită, o sursă de neutroni de spalație (SINQ), o sursă de muoni (SμS) și un laser cu raze X cu electroni liberi ( SwissFEL ). Aceasta înseamnă că PSI este în prezent (2020) singurul institut din întreaga lume care oferă cele mai importante patru sonde pentru cercetarea structurii și dinamicii materiei condensate (neutroni, muoni și radiații sincrotronice) dintr-un campus către comunitatea internațională de utilizatori. În plus, sistemele țintă HIPA produc și pioni, care alimentează sursa de muoni, iar sursa de neutroni ultra-reci UCN produce neutroni foarte lenti, ultra-reci . Toate tipurile de particule sunt utilizate pentru cercetarea fizicii particulelor.

Nu în ultimul rând, cu ajutorul acestor sisteme, cercetările sunt efectuate la PSI în următoarele domenii, printre altele:

Materie și material

Toate materialele cu care oamenii lucrează sunt alcătuite din atomi . Interacțiunea atomilor între ei și dispunerea lor determină ce proprietăți are un material. Majoritatea cercetătorilor din domeniul materiei și materialelor de la PSI vor să elucideze această legătură între structura internă și proprietățile observabile pentru diferite substanțe. Cercetările de bază din acest domeniu ajută la dezvoltarea de noi materiale pentru o mare varietate de aplicații, de exemplu pentru electrotehnică , medicină , telecomunicații , toate domeniile de mobilitate , noi dispozitive de stocare a energiei , calculatoare cuantice și aplicații în spintronică . Sunt examinate fenomene precum superconductivitatea , fero- și antiferromagnetismul , fluidele de spin și izolatorii topologici .

Neutronii sunt folosiți intens pentru cercetarea materialelor la PSI deoarece oferă acces unic și nedistructiv la interiorul materialelor pe o scară de lungime de la atomi la obiecte de dimensiuni centimetrice. Prin urmare, acestea sunt o sondă ideală pentru studierea subiectelor de cercetare fundamentală și aplicată. De exemplu: sistemele de rotire cuantică și posibilitățile lor de utilizare în viitoarele tehnologii informatice; funcționalitățile membranelor lipidice complexe și utilizarea acestora pentru transportul și eliberarea țintită a ingredientelor farmaceutice active; structura de materiale noi pentru stocarea energiei ca componente cheie în rețelele inteligente de energie.

În fizica particulelor , cercetătorii de la PSI investighează structura și proprietățile celei mai interioare materii și ceea ce o ține împreună. Modelul standard al particulelor elementare este verificat cu muoni, pioni și neutroni ultra-reci, se determină constantele naturale fundamentale și se testează teoriile care depășesc modelul standard. Fizica particulelor la PSI detine mai multe recorduri, inclusiv determinarea mai exactă a constantele de cuplare ale interacțiunii slabe și cele mai măsurarea precisă a razei de încărcare a protonului. Unele experimente caută efecte care nu sunt prevăzute în Modelul Standard, dar care ar putea rezolva inconsecvențele teoriei sau rezolva fenomene inexplicabile din astrofizică și cosmologie. Până în prezent, rezultatele lor sunt în concordanță cu modelul standard. De exemplu, limita superioară măsurată prin experimentul MEG pentru decaderea ipotetică a muonilor pozitivi în pozitron și foton și limita superioară a momentului dipol electric permanent din neutron.

Pe lângă fizica particulelor, muonii sunt folosiți și în fizica în stare solidă și în știința materialelor. Spectroscopie muon de spin metoda (μSR) este utilizat pentru a examina proprietățile fundamentale și aspectele relevante din punct de vedere tehnologic materiale magnetice și supraconductoare precum și în semiconductori , izolatori și structuri semiconductoare ( de exemplu materiale de celule solare).

energie și mediu

În acest domeniu, cercetătorii se ocupă de toate aspectele utilizării energiei umane - cu scopul de a face aprovizionarea cu energie mai durabilă. Printre alte lucruri: noi tehnologii de utilizare a energiilor regenerabile , stocare a energiei cu pierderi reduse, eficiență energetică , combustie cu poluanți reduși, pile de combustie , evaluare experimentală și bazată pe modele a ciclurilor de energie și materiale , influențe de mediu ale producției și consumului de energie, cercetarea energiei nucleare (în special siguranța și eliminarea reactoarelor ).

Pentru a răspunde în mod specific la întrebări despre stocarea sezonieră a energiei și cuplarea sectorială , PSI operează platforma de testare ESI (Energy System Integration), pe care cercetarea și industria pot testa abordări promițătoare pentru integrarea energiilor regenerabile în sistemul energetic - de exemplu, stocarea excesul de energie electrică din energia solară sau eoliană sub formă de hidrogen sau metan .

O tehnologie dezvoltată cu ajutorul platformei ESI de la PSI și testată cu succes împreună cu furnizorul energetic Zurich Energie 360 ​​° , care extrage mult mai mult gaz metan din deșeuri biologice, a primit Watt d'Or 2018 de către Federalul Elvețian Biroul Energiei .

PSI menține o platformă pentru cercetarea catalizei. Cataliza este o componentă centrală a diferitelor procese de conversie a energiei, de exemplu în pilele de combustibil, electroliza apei sau metanarea dioxidului de carbon.

PSI operează, de asemenea, o cameră de fum, care poate fi utilizată pentru a testa emisiile poluante ale diferitelor procese de generare a energiei și comportamentul substanțelor corespunzătoare în atmosferă.

Cercetătorii PSI investighează, de asemenea, efectele generării de energie asupra atmosferei la fața locului, de exemplu în Alpi, în regiunile polare ale lumii sau în China.

Domeniul energiei și siguranței nucleare este dedicat păstrării expertizei nucleare și formării oamenilor de știință și a inginerilor în domeniul energiei nucleare. De exemplu, PSI menține unul dintre puținele laboratoare din Europa pentru examinarea tijelor de combustibil din reactoarele comerciale. Departamentul colaborează îndeaproape cu ETH Zurich , EPFL și Universitatea din Berna - de exemplu, atunci când vine vorba de utilizarea computerelor de înaltă performanță sau a reactorului de cercetare CROCUS al EPFL.

Omul și sănătatea

PSI este una dintre instituțiile de top la nivel mondial în cercetarea și aplicarea terapiei cu protoni pentru tratamentul cancerului. Pacienții cu cancer au fost tratați cu succes cu o formă specială de radioterapie la Centrul de Terapie cu Protoni din 1984. Până în prezent, peste 7.500 de pacienți cu tumori oculare au fost iradiați (începând cu 2020). Rata de succes în terapia oculară (OPTIS) este de peste 98%.

În 1996, un dispozitiv de iradiere (gantry 1) a fost echipat pentru prima dată pentru așa-numita tehnologie protonică de scanare spot dezvoltată la PSI. Cu această tehnică, tumorile adânci în interiorul corpului sunt scanate tridimensional cu un fascicul de protoni cu o lățime de aproximativ 5 până la 7 mm. Prin suprapunerea multor pete individuale de protoni - pentru un volum de 1 litru sunt aproximativ 10.000 - tumora este acoperită uniform cu doza de radiație necesară, care este monitorizată individual pentru fiecare punct individual. Acest lucru permite o iradiere extrem de precisă, omogenă, care este adaptată în mod optim la forma cea mai mare parte neregulată a tumorii. Țesutul sănătos din jur este scutit cât mai mult posibil. Primul portic a funcționat pacient din 1996 până la sfârșitul anului 2018. În 2013, al doilea Gantry 2, dezvoltat chiar de PSI, a intrat în funcțiune, iar la mijlocul anului 2018 a fost deschis un alt centru de tratament, Gantry 3.

În domeniul radiofarmaceutic , infrastructura PSI acoperă întregul spectru. În special, cercetătorii lucrează acolo cu tumori foarte mici distribuite pe tot corpul. Acestea nu pot fi tratate cu radioterapie convențională. Cu ajutorul acceleratorului de protoni și a sursei de neutroni SINQ de la PSI, totuși, pot fi produși noi radionuclizi utilizabili din punct de vedere medical care sunt combinați cu biomolecule speciale - așa-numiții anticorpi - pentru a forma molecule de terapie. Acestea pot găsi celule tumorale selectiv și într-o manieră țintită și le pot marca cu izotopul radioactiv. Radiația sa poate fi localizată pe de o parte cu metode de imagistică precum SPECT sau PET și astfel permite diagnosticarea tumorilor și metastazelor acestora. Pe de altă parte, poate fi dozat în așa fel încât să distrugă și celulele tumorale. Mai multe astfel de substanțe radioactive dezvoltate la PSI se află în studii clinice, PSI colaborând îndeaproape cu universități, clinici și industria farmaceutică. Dacă este necesar, PSI livrează, de asemenea, produse radiofarmaceutice către spitalele locale.

Un alt obiectiv de cercetare în domeniul sănătății umane de la deschiderea Sursei de lumină sincrotronă Elveția (SLS) a fost biologia structurală. Acolo se investighează structura și funcționalitatea biomoleculelor - de preferință în rezoluție atomică. Cercetătorii PSI sunt preocupați în primul rând de proteine. Fiecare celulă vie are nevoie de o multitudine de molecule, de exemplu pentru a putea opera metabolismul, pentru a primi și transmite semnale sau pentru a se diviza. Scopul este de a înțelege mai bine aceste procese de viață și, astfel, de a combate sau evita mai bine bolile.

De exemplu, structura structurilor asemănătoare firului este investigată la PSI, care, printre altele, separă cromozomii în timpul diviziunii celulare, așa-numiții microtubuli . Acestea constau în lanțuri proteice lungi, a căror acumulare sau descompunere este perturbată de chimioterapie în caz de cancer, astfel încât celulele canceroase să nu se mai poată diviza. Prin observarea atentă a structurii acestor proteine ​​și a modificărilor lor, cercetătorii pot afla exact unde medicamentele pentru cancer trebuie să vizeze microtubulii. În plus, datorită laserului cu raze X cu electroni liberi SwissFEL, care a fost deschis în 2016, procesele dinamice din biomolecule pot fi analizate cu o rezoluție temporală extrem de ridicată la PSI . De exemplu, modul în care anumite proteine ​​din fotoreceptorii din retina ochilor noștri sunt activate de lumină. SwissFEL permite o rezoluție mai mică de o trilionime de secundă.

Accelerator și facilități de cercetare pe scară largă la PSI

Facilitatea acceleratorului de protoni

În timp ce acceleratorul de protoni de la PSI, care a intrat în funcțiune în 1974, a fost utilizat în primul rând pentru fizica elementară a particulelor la începuturile sale , astăzi aplicațiile pentru fizica în stare solidă , radiofarmacie și terapia cancerului sunt în prim plan. De la începutul a 100 µA, performanța a crescut cu un factor de 24, printr-o dezvoltare continuă constantă, până la 2,4 mA. Acesta este motivul pentru care sistemul este acum numit accelerator de protoni performant sau HIPA (High Intensity Proton Accelerator) pe scurt. În principiu, protonii sunt accelerați la aproximativ 80% din viteza luminii prin trei dispozitive succesive : Cockcroft-Walton, ciclotron Injektor-2 și ciclotron inelar.

Proton Source și Cockcroft-Walton

Într-o sursă de protoni bazată pe rezonanța ciclotronică , electronii sunt dezlipiți de atomii de hidrogen prin intermediul microundelor . Ceea ce rămâne sunt nucleii atomici de hidrogen, fiecare dintre aceștia constând dintr-un singur proton. Acești protoni lasă sursa la un potențial de 60 kilovolți și sunt apoi supuși unei tensiuni suplimentare de 810 kilovolți într-un tub accelerator . Un accelerator Cockcroft-Walton furnizează ambele tensiuni . Cu acest total de 870 kilovolți, protonii sunt accelerați la 46 de milioane de km / h sau 4 la sută din viteza luminii. Protonii sunt apoi transportați la injector-2.

Injector-1

Injectorul-1 a ​​atins curenți de funcționare în jur de 170 µA și curenți de vârf în jur de 200 µA. A fost, de asemenea, utilizat pentru experimente cu energie scăzută, pentru terapia oculară OPTIS și pentru experimentul LiSoR ca parte a proiectului MEGAPIE. Acest accelerator inelar nu mai funcționează de la 1 decembrie 2010.

Injector-2

Injector de date tehnice-2

Tip:	Ciclotron înapoi în spirală izocronă
Magneți:	4 piese
Magneți cu greutate totală:	760 t
Elemente de accelerare:	4 rezonatoare (50 MHz)
Energie de extracție:	72 MeV

Injectorul-2, care a fost pus în funcțiune în 1984, o dezvoltare internă a SIN de atunci, a înlocuit Injectorul-1 ca o mașină cu o singură lovitură pentru ciclotronul inelar 590 MeV . La început, operația alternativă între injector-1 și injector-2 a fost posibilă, dar acum doar injectorul-2 este utilizat pentru a injecta fasciculul de protoni în inel. Noul ciclotron a făcut posibilă creșterea curentului fasciculului la 1 până la 2 mA, o valoare de vârf absolută pentru anii 1980. Astăzi, Injektor-2 furnizează un curent de fascicul de ± 2,2 mA în funcționare de rutină și 2,4 mA în funcționare cu curent mare pentru 72 MeV, care corespunde cu aproximativ 38% din viteza luminii.

Inițial, doi rezonatori cu 150 MHz erau operați în modul plat pentru a obține o separare curată a orbitelor protonului, dar acestea sunt acum folosite și pentru accelerație. O parte a fasciculului de protoni extras de 72 MeV poate fi tăiată pentru producerea izotopilor , partea principală fiind injectată în ciclotronul inelar pentru o accelerare ulterioară.

Inel ciclotron

Date tehnice Accelerator inelar mare

Tip:	Ciclotron înapoi în spirală izocronă
Magneți:	8 bucăți
Magneți cu greutate totală:	2000 t
Elemente de accelerare:	4 (5) cavități (50 MHz)
Energie de extracție:	590 MeV

Ciclotronul inelar, care a intrat în funcțiune în 1974, este ca Injektor-2 o dezvoltare internă a SIN și este inima sistemelor de accelerare a protonilor PSI. Are o circumferință de aproximativ 48 m și este accelerată la 80% din viteza luminii pe traseul lung de 4 km pe care protonii îl parcurg peste 186 de ture în ring. Aceasta corespunde unei energii cinetice de 590 MeV. Există doar trei dintre acestea la nivel mondial, și anume: TRIUMF în Vancouver , Canada ; LAMPF în Los Alamos , SUA ; și PSI. Primii doi au realizat doar curenți de fascicul de 500 µA și, respectiv, 1 mA.

Cea de-a cincea cavitate mai mică, care a fost instalată și în 1979, funcționează ca o cavitate cu vârf plat la 150 megahertz, ceea ce crește semnificativ numărul de particule extrase. Din 2008, toate cavitățile vechi de aluminiu din ciclotronul inelar au fost înlocuite cu noi cavități de cupru. Acestea permit amplitudini de tensiune mai mari și astfel o accelerare mai mare a protonilor pe rotație. Numărul de rotații ale protonilor din ciclotron ar putea fi astfel redus de la aproximativ 200 la 186, iar calea parcursă de protoni în ciclotron a scăzut de la 6 km la 4 km. Cu un curent de fascicul de 2,2 mA, această instalație de protoni PSI este în prezent cel mai puternic accelerator continuu de particule din lume. Fascicul de protoni de 1,3 MW este direcționat către sursa de muoni (SμS) și sursa de neutroni de spalație (SINQ).

Sursa Muon

În mijlocul marii săli experimentale, fasciculul de protoni din ciclotronul inelului lovește două ținte - inele din carbon . Când protonii se ciocnesc cu nucleii atomici ai carbonului, se formează pioni , care se descompun în muoni după aproximativ 26 miliarde de secunde . Acești muoni sunt apoi direcționați de magneți către instrumentele utilizate în știința materialelor și fizica particulelor. Datorită curentului de protoni extrem de mare al ciclotronului inelar, sursa de muoni generează cele mai intense fascicule de muoni din lume. Acest lucru permite experimente în fizica particulelor și știința materialelor care nu pot fi efectuate în altă parte.

Sursa de muoni (SμS) este formată din șapte linii de fascicule pe care oamenii de știință le folosesc pentru a studia diferite aspecte ale fizicii moderne. Unii oameni de știință le folosesc pentru experimente de spectroscopie cu muon spin . Datorită intensității mari a muonului, PSI este singurul loc din lume în care, datorită unui proces special, este disponibil un fascicul de muoni cu intensitate suficientă și, în același timp, energie foarte scăzută de doar câțiva kiloelectroni volți. Acești muoni sunt suficient de încet pentru a le folosi pentru a examina straturile subțiri de material și suprafețe. Șase stații de măsurare (FLAME (din 2021), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 și LEM) cu instrumente pentru o mare varietate de aplicații sunt disponibile pentru astfel de examinări.

Fizicienii particulelor folosesc unele dintre liniile fasciculului pentru a face măsurători de înaltă precizie, testând astfel limitele modelului standard.

Sursa de neutroni de spalație

Sursa de neutroni SINQ, care funcționează din 1996, este prima și în același timp cea mai puternică de acest fel. Oferă un flux continuu de neutroni de 10 ¹⁴  n cm ⁻² s ⁻¹ . Protonii din acceleratorul mare de particule lovesc o țintă de plumb și scot neutronii din nucleele de plumb, care sunt apoi disponibili pentru experimente. În plus față de neutronii termici , un moderator realizat din deuteriu lichid furnizează, de asemenea, neutroni lenti, care au un spectru energetic mai redus .

Punerea în funcțiune a obiectivelor MEGAPIE ( mega watt Pi lot- E xperiment) în vara anului 2006, în care a fost înlocuită ținta solidă cu unul dintre eutecticele de plumb-bismut , randamentul neutronilor ar putea fi crescut cu aproximativ încă 80%.

Datorită eliminării costisitoare a obiectivului MEGAPIE, PSI a decis în 2009 să nu folosească un alt obiectiv de acest tip și, în schimb, să dezvolte în continuare obiectivul solid încercat. Pe baza rezultatelor proiectului MEGAPIE, o mare parte din creșterea randamentului de neutroni ar putea fi realizată și pentru operarea cu o țintă solidă.

SINQ a fost unul dintre primele sisteme pentru care au fost dezvoltate sisteme de ghidare optică pentru a transporta neutronii încet: canalele de sticlă acoperite cu metal pot ghida neutronii pe distanțe mari (câteva zeci de metri) prin reflexie totală, similară cu transmisia luminii în fibre de sticlă, cu o pierdere mică de intensitate. Între timp, eficiența acestor ghidaje de neutroni a crescut constant datorită progreselor în tehnologia de fabricație. Prin urmare, PSI a decis să facă o actualizare completă în 2019. Când SINQ va reveni în funcțiune în vara anului 2020, va putea furniza în medie de cinci ori cantitatea de neutroni pentru experimente, într-un caz special chiar și de 30 de ori mai mult.

Pe lângă utilizarea acestora pentru propriile proiecte de cercetare, cele 15 instrumente SINQ sunt disponibile și utilizatorilor naționali și internaționali.

Ciclotron COMET

Acest ciclotron supraconductor de 250 MeV funcționează pentru terapia cu protoni din 2007 și furnizează fasciculul pentru combaterea tumorilor la pacienții cu cancer. Este primul ciclotron supraconductor din lume pentru terapia cu protoni. În trecut, o parte a fasciculului de protoni din ciclotronul inelar a fost utilizată în acest scop, dar din 2007 unitatea medicală produce propriul său fascicul de protoni în mod independent, care furnizează mai multe dispozitive de radiație. Alte componente ale sistemului, dispozitivele periferice și sistemele de control au fost, de asemenea, îmbunătățite între timp, astfel încât astăzi se obține o disponibilitate de peste 98 la sută în mai mult de 7000 de ore de funcționare pe an.

Infrastructură de cercetare elvețiană pentru fizica particulelor

Cea mai veche unitate de cercetare mare de la PSI este „Infrastructura elvețiană de cercetare pentru fizica particulelor” (CHRISP). La fel ca sursa de muoni SμS și sursa de neutroni SINQ, primește fasciculul de protoni pentru măsurători de la acceleratorul de înaltă performanță HIPA. Aproximativ 400 de cercetători lucrează la șapte stații experimentale diferite ale CHRISP și investighează produsele de coliziune ale fasciculului de protoni cu diferite ținte de carbon. De exemplu, ei verifică unele predicții ale modelului standard de fizică a particulelor, încearcă să detecteze descompunerea muonilor și să măsoare dimensiunea particulelor elementare.

CHRISP are, de asemenea, o a doua sursă de neutroni de spalație pentru generarea de neutroni ultra-reci (UCN), pe care PSI o operează din 2011. Spre deosebire de SINQ, acesta este acționat într-o manieră pulsată și folosește fasciculul complet al HIPA, dar de obicei doar la fiecare 5 minute timp de 8 secunde. Structura este similară cu cea a SINQ. Pentru a răci neutronii în consecință, deuteriul înghețat este utilizat aici ca moderator la rece la o temperatură de 5 Kelvin (corespunde la -268 grade Celsius). UCN generat poate fi stocat și observat în sistem și în experimente timp de câteva minute. Sursa UCN a PSI este cea mai puternică de acest gen din lume.

Sistemul de iradiere a protonilor PIF face, de asemenea, parte din CHRISP. Nu își obține fasciculul de particule de la HIPA, ci de la ciclotronul COMET, care a fost special dezvoltat pentru aplicații medicale. În timpul săptămânii, pacienții cu cancer sunt tratați cu protoni de la acest accelerator inelar. La sfârșit de săptămână și noaptea, fasciculul de protoni este direcționat către o altă zonă în care se află PIF. Acolo servește, printre altele, cercetarea materialelor în călătoriile spațiale. De exemplu, componentele electronice sunt iradiate cu acesta pentru a testa rezistența lor la radiații în spațiu. Multe misiuni spațiale ESA, cum ar fi sonda cometă Rosetta și telescopul spațial Gaia , au fost supuse testelor la PIF. Centrul de cercetare nucleară din Geneva, CERN, care operează cel mai puternic accelerator de particule din lume, își testează și componentele în ceea ce privește duritatea radiațiilor. Și cercetătorii din companii precum PSI în sine folosesc PIF pentru a dezvolta detectoare de radiații, de exemplu.

Sursă de lumină sincrotronă

Sursa de lumină elvețiană (SLS), un sincrotron de electroni , funcționează de la 1 august 2001. Funcționează ca un fel de combinație de aparat de raze X și microscop pentru a examina o mare varietate de substanțe. În structura rotundă, electronii se deplasează pe o cale circulară cu o circumferință de 288 m, emițând radiații sincrotrone într-o direcție tangențială . Un total de 350 de magneți mențin fasciculul de electroni pe drumul său și îl focalizează; Cavitățile de accelerație asigură o viteză constantă.

Din 2008, SLS a fost acceleratorul cu cel mai subțire fascicul de electroni din lume - cercetătorii și tehnicienii de la PSI au lucrat pentru asta timp de opt ani și au ajustat fiecare dintre mulți magneți din nou și din nou. SLS oferă un spectru foarte larg de radiații sincrotrone de la lumina infraroșie la raze X dure. Cercetătorii îl pot folosi pentru a realiza imagini microscopice ale interiorului obiectelor, materialelor și țesuturilor pentru a îmbunătăți materialele sau a dezvolta medicamente, de exemplu.

În 2017, un nou instrument la SLS a făcut posibilă, pentru prima dată, examinarea unei părți a unui cip de computer fără a o distruge. Structuri precum linii electrice înguste de 45 nanometri și tranzistoare înalte de 34 nanometri au devenit vizibile. Cu această tehnologie, producătorii de cipuri, de exemplu, pot verifica mai bine dacă produsele lor îndeplinesc exact specificațiile.

În prezent sunt în curs de desfășurare planuri sub titlul de lucru „SLS 2.0” pentru a actualiza SLS și, astfel, pentru a crea o sursă de lumină de sincrotron de a patra generație.

SwissFEL

SwissFEL cu laser cu electroni liberi a fost deschis în mod simbolic la 05 decembrie 2016 de către Federal Johann Schneider-consilier Ammann. Prima linie de transmisie ARAMIS a fost pusă în funcțiune în 2018 . A doua linie de fascicul ATHOS va urma până în toamna anului 2020. Doar patru sisteme comparabile sunt în funcțiune la nivel mondial.

Centrul de educație

Centrul de instruire PSI are peste 30 de ani de experiență în formare și educație suplimentară în domeniul tehnic și interdisciplinar și antrenează anual peste 3000 de participanți.

Oferă atât specialiștilor, cât și altor persoane care lucrează cu radiații ionizante sau materiale radioactive o gamă largă de cursuri de formare de bază și avansate. Cursurile de dobândire a expertizei relevante sunt recunoscute de Oficiul Federal de Sănătate Publică (FOPH) și Inspectoratul Federal de Siguranță Nucleară (ENSI).

De asemenea, oferă cursuri de formare și perfecționare pentru angajații institutului, precum și pentru persoanele interesate din domeniul ETH. Cursuri privind dezvoltarea personalului (cum ar fi gestionarea conflictelor , ateliere de conducere, comunicare, abilități transferabile etc.) au fost organizate din 2015 .

Calitatea centrului de instruire PSI este certificată ISO 29990: 2001.

Cooperarea cu industria

PSI deține aproximativ 100 de familii active de brevete. De exemplu în medicină cu tehnici de examinare pentru terapia cu protoni împotriva cancerului sau pentru detectarea prionilor, cauzatorii bolii vacii nebune . Există altele în domeniul fotostiinței cu procese litografice speciale pentru structurarea suprafețelor, în domeniul mediului pentru reciclarea pământurilor rare , pentru catalizatori sau pentru gazificarea biomasei, în știința materialelor și în alte domenii. PSI își menține propriul birou de transfer de tehnologie pentru brevete.

De exemplu, au fost brevetate detectoarele pentru camerele cu raze X de înaltă performanță care au fost dezvoltate pentru Sursa de lumină Synchrotron Switzerland SLS și cu care materialele pot fi reprezentate la nivel atomic. Pe această bază, a fost fondată DECTRIS, cel mai mare spin-off până în prezent care a apărut din PSI. În 2017, compania din Lausanne, Debiopharm, a licențiat ingredientul activ 177Lu-PSIG-2, care a fost dezvoltat la Centrul pentru Științe Radiofarmaceutice de la PSI. Ingredientul activ împotriva unui tip de cancer tiroidian trebuie dezvoltat în continuare sub denumirea DEBIO 1124 și adus la aprobare și pregătire pentru piață. Un alt spin-off PSI, GratXray, funcționează cu o metodă bazată pe contrast de fază bazată pe interferometrie de grilare. Aceasta a fost inițial dezvoltată pentru a caracteriza radiația sincrotronă și va deveni într-o zi standardul de aur pentru examinările mamare în screening-ul cancerului. Noua tehnologie a fost deja utilizată într-un prototip pentru care PSI a lucrat cu Philips .

Link-uri web

• Site-ul PSI
• Site-ul SLS
• Site-ul web SINQ
• Site-ul SwissFEL

Dovezi individuale

1. ↑ Raport financiar al Consiliului EHT privind domeniul ETH 2019 , pe ethrat.ch
2. ↑ ^{a b} PSI pe scurt. Adus pe 28 februarie 2019 . 
3. ↑ PSI-Magazin 5232 , ediția 3/2018, p. 39
4. ↑ Numere și fapte. Adus pe 28 februarie 2019 . 
5. ↑ Walter Hagenbüchle: Institutul Paul Scherrer efectuează tipul de cercetare care necesită puterea de a rămâne, interviu cu directorul PSI Joël Mesot. Neue Zürcher Zeitung, 14 octombrie 2018, accesat la 28 februarie 2019 . 
6. ↑ Florian Imbach: Evaluarea fondului de loterie - Instituțiile mari beneficiază în mod special. În: srf.ch . 8 ianuarie 2020, accesat pe 8 ianuarie 2020 . 
7. ^ Robin Schwarzenbach: Paul Scherrer - omul ETH pentru problemele viitoare. Neue Zürcher Zeitung, 15 octombrie 2018, accesat la 28 februarie 2019 . 
8. ↑ ^{a b c} Istoria PSI. Adus pe 28 februarie 2019 . 
9. ↑ Leonid Leiva: Cum cresc porii de roci în depozite adânci. PSI, 15 ianuarie 2014, accesat la 28 februarie 2019 . 
10. ↑ Kurt Marti: ajutor elvețian pentru cea mai recentă centrală nucleară din China. În: infosperber .ch. 17 decembrie 2020, accesat la 18 decembrie 2020 . 
11. ↑ Terapie cu protoni la PSI. Accesat la 1 iunie 2020 . 
12. ↑ Bonani, G. și colab.: Determinarea vârstei eșantioanelor de miligrame din cadavrul ghețarului Ötztal utilizând metoda acceleratorului de spectrometrie de masă (AMS). Raportul simpozionului internațional din 1992 din Innsbruck. În: Universität Innsbruck (Ed.): Publicații ale Universității din Innsbruck. Omul din gheață. 187. Innsbruck 1992, pp. 108-116
13. ↑ Pohl, R. și colab.: The size of the proton , In: Nature, 466, pp. 213-216, 8 iulie 2010
14. ↑ Protonul este mai mic decât se aștepta. Spiegel Online, 12 iulie 2010, accesat la 1 martie 2019 . 
15. ↑ ^{a b} Proton mai mic decât se aștepta. Adus pe 28 februarie 2019 . 
16. ↑ Paul Piwnicki a decriptat structurile de bază ale vederii. PSI, 9 martie 2011, accesat 1 martie 2019 . 
17. ↑ Observarea unei noi particule cu masa de 125 GeV. PSI, 4 iulie 2012, accesat la 1 martie 2019 . 
18. ↑ Elveția a stocat plutoniu pentru patru bombe atomice , pe tagesanzeiger.ch
19. ↑ Transfer de plutoniu în SUA. Era plutoniu de calitate pentru arme? Adunarea Federală Elvețiană, 9 martie 2016, accesată la 1 martie 2019 . 
20. ↑ Plutoniul elvețian nu a putut fi folosit ca arme. Tagesanzeiger.ch, 14 martie 2016, accesat la 1 martie 2019 . 
21. ^ A avut loc transportul depozitelor de plutoniu dizolvate ale guvernului federal în SUA. Departamentul federal pentru afaceri economice, educație și cercetare, 26 februarie 2016, accesat la 1 martie 2019 . 
22. ↑ Laura Hennemann: Scufundați-vă într-un magnet. PSI, 20 iulie 2017, accesat la 1 martie 2019 . 
23. ↑ Consiliul federal îl alege pe Gian-Luca Bona în consiliul de administrație al ETH și pe Thierry Strässle ca fost director. eu. al PSI. 14 decembrie 2018, accesat la 1 martie 2019 . 
24. ^ Companii spin-off. Accesat la 1 iunie 2020 . 
25. ↑ PSI-Magazin 5232 , Ediția 3/2018, pp. 8-20
26. ↑ Materie și material. Accesat la 1 iunie 2020 . 
27. ↑ Cercetare cu neutroni. Accesat la 1 iunie 2020 . 
28. ↑ Prezentare generală: materie și material. Adus la 1 martie 2019 . 
29. ↑ Partea slabă a protonului. Accesat la 1 iunie 2020 . 
30. ↑ O decădere decisivă. Accesat la 1 iunie 2020 . 
31. ↑ Pe urmele misterului materiei. Accesat la 1 iunie 2020 . 
32. ^ Cercetare cu muoni. Accesat la 1 iunie 2020 . 
33. ↑ Platforma experimentală ESI - noi căi către sistemul energetic al viitorului. Adus la 1 martie 2019 . 
34. ↑ Urs Baltensperger: Formarea secundară de aerosoli organici într-o cameră de smog și legătura sa cu repartizarea sursei în atmosfera reală. (PDF) PSI, 12 august 2008, accesat la 1 martie 2019 . 
35. ↑ Oceanul Arctic 2018. Accesat la 1 martie 2019 . 
36. ^ Energie curată pentru China. (PDF) În: Energie-Spiegel. PSI, noiembrie 2016, accesat la 1 martie 2019 . 
37. ↑ 25 de ani de tratament de succes al tumorilor oculare la PSI. 15 octombrie 2010, accesat la 1 martie 2019 . 
38. ↑ Scanare spot. Adus la 1 martie 2019 . 
39. ↑ Camere de tratament. Accesat la 1 iunie 2020 . 
40. ↑ Sabine Goldhahn: Pentru a întâlni cancerul înăuntru. PSI, 21 aprilie 2016, accesat la 1 martie 2019 . 
41. ↑ Debiopharm International SA și Institutul Paul Scherrer anunță un acord de licențiere pentru dezvoltarea unui nou produs radioterapeutic vizat în Oncologie. Accesat la 1 iunie 2020 . 
42. ↑ Acest medicament radioactiv poate fi utilizat doar timp de 90 de minute - și este încă la mare căutare. Accesat la 1 iunie 2020 . 
43. ↑ Prezentare generală: Oameni și sănătate. Adus la 1 martie 2019 . 
44. ↑ Foarfecele moleculare stabilizează citoscheletul celular. Accesat la 1 iunie 2020 . 
45. ^ Mecanismul molecular de acțiune al agenților anticanceroși stabilizatori de microtubuli. Accesat la 1 iunie 2020 . 
46. ↑ Senzor de lumină biologică filmat în acțiune. Accesat la 1 iunie 2020 . 
47. ↑ ^{a b} Paul Piwnicki: Acceleratorul de protoni al PSI: 40 de ani de cercetare de ultimă oră. PSI, 24 februarie 2014, accesat la 1 martie 2019 . 
48. ↑ Facilitatea acceleratorului de protoni de la PSI. Adus la 1 martie 2019 . 
49. ↑ Laura Hennemann: Un tip de încredere din anii '80. PSI, 23 septembrie 2014, accesat la 1 martie 2019 . 
50. ↑ Injector 2: Un pre-accelerator pentru protoni. Adus pe 2 iunie 2020 . 
51. ↑ Facilitatea acceleratorului de protoni de la PSI. Accesat la 1 iunie 2020 . 
52. ↑ Sursa de muon SμS. Adus la 1 martie 2019 . 
53. ↑ PSI-Magazin 5232 , ediția 3/2018, p. 6
54. ↑ Cercetare cu muoni. Adus pe 2 martie 2019 . 
55. ^ SINQ: Sursa elvețiană de neutroni de spalație. Adus pe 2 iunie 2020 . 
56. ↑ Examinarea după iradiere a MEGAPIE - Cum ajută analiza radiochimică să privească în interiorul unei ținte de spalare a metalelor lichide de mare putere. Adus pe 2 iunie 2020 . 
57. ↑ Ciclotron COMET. Adus la 1 martie 2019 . 
58. ↑ În căutarea unei noi fizici. Adus la 22 februarie 2021 . 
59. ^ Bernhard Lauss: Pornirea neutronului ultracold cu intensitate ridicată a Institutului Paul Scherrer. (PDF) În: CORE. Springer Science, 2 martie 2012, accesat pe 2 iunie 2020 . 
60. ↑ Institutul Paul Scherrer (PSI): Swiss Lightsource SLS (acasă)
61. ↑ Sursa de lumină sincrotron Elveția SLS. Adus la 1 martie 2019 . 
62. ↑ Paul Piwnicki: Imaginea cu raze X 3D face vizibile cele mai fine detalii ale unui cip de computer. PSI, 16 martie 2017, accesat 1 martie 2019 . 
63. ^ SLS-2 - actualizarea sursei de lumină elvețiene. Adus la 1 martie 2019 . 
64. ↑ Raport anual PSI , ediția 2017, p. 11
65. ↑ Laura Hennemann: Primul experiment realizat cu succes la SwissFEL. PSI, 7 decembrie 2017, accesat la 1 martie 2019 . 
66. ↑ Instruire și perfecționare în centrul de instruire PSI. Adus la 1 martie 2019 . 
67. ↑ Proprietate intelectuală la PSI. Adus pe 2 iunie 2020 . 
68. ↑ Transfer de tehnologie la Institutul Paul Scherrer. Adus pe 2 iunie 2020 . 
69. ↑ Revista PSI 5232 , numărul 2/2020
70. ↑ Sabine Goldhahn: De la cercetător la antreprenor. (PDF) În: PSI-Magazin 5232. PSI, 1 martie 2018, accesat la 2 iunie 2020 . 

47.536111111111 8.2227777777778Coordonate: 47 ° 32 '10 "  N , 8 ° 13 '22"  E ; CH1903:  659 043  /  265337