Paul Scherrer Institute - Paul Scherrer Institute

Den Paul Scherrer Institute ( PSI ) är en tvärvetenskaplig forskningsinstitut för naturliga och ingenjörsvetenskap i Schweiz. Det ligger i kantonen Aargau i kommunerna Villigen och Würenlingen på vardera sidan av floden Aare och täcker ett område över 35 hektar stort. Precis som ETH Zürich och EPFL tillhör PSI schweiziska förbundets Swiss Federal Institutes of Technology Domain . PSI sysselsätter cirka 2 100 personer. Det bedriver grundläggande och tillämpad forskning inom ämnen och material, människors hälsa och energi och miljö. Cirka 37% av PSI: s forskningsverksamhet fokuserar på materialvetenskap, 24% på biovetenskap, 19% på allmän energi, 11% på kärnkraft och säkerhet och 9% på partikelfysik.

PSI utvecklar, bygger och driver stora och komplexa forskningsanläggningar och gör dem tillgängliga för nationella och internationella vetenskapliga samfund. År 2017 kom till exempel mer än 2500 forskare från 60 olika länder till PSI för att dra nytta av koncentrationen av storskaliga forskningsanläggningar på samma plats, vilket är unikt över hela världen. Omkring 1 900 experiment utförs varje år på de cirka 40 mätstationerna i dessa anläggningar.

Under de senaste åren har institutet varit en av de största mottagarna av pengar från den schweiziska lotterifonden.

Historia

Institutet, uppkallat efter den schweiziska fysikern Paul Scherrer , skapades 1988 när EIR ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , Swiss Federal Institute for Reactor Research, grundat 1960) slogs samman med SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Swiss Institute for Nuclear Research, grundades 1968). De två instituten på motsatta sidor av floden Aare fungerade som nationella forskningscentrum: ett med fokus på kärnkraft och det andra på kärn- och partikelfysik. Under åren har forskningen vid centren expanderat till andra områden, och kärnkrafts- och reaktorfysik står för bara 11 procent av forskningsarbetet på PSI idag. Sedan Schweiz 2011 beslutade att fasa ut kärnkraft har denna forskning främst varit inriktad på säkerhetsfrågor, till exempel hur man förvarar radioaktivt avfall säkert i ett djupt geologiskt förvar.

PSI ligger på höger och vänster strand vid floden Aare i kantonen Aargau, Schweiz

Sedan 1984 har PSI drivit (ursprungligen SIN) Center for Proton Therapy för behandling av patienter med ögonmelanom och andra tumörer som ligger djupt inne i kroppen. Mer än 9000 patienter har behandlats där tills nu (status 2020).

Institutet är också aktivt inom rymdforskning. Till exempel byggde PSI -ingenjörer 1990 detektorn för EUVITA -teleskopet för den ryska satelliten Spectrum XG, och senare försåg även NASA och ESA med detektorer för att analysera strålning i rymden. År 1992 använde fysiker acceleratorns masspektrometri och radiokolmetoder för att bestämma åldern på Ötzi , mumien som hittades i en glaciär i Ötztalalperna ett år tidigare, från små prover på bara några milligram ben, vävnad och gräs. De analyserades vid TANDEM -acceleratorn på Hönggerberg nära Zürich, som vid den tiden drevs gemensamt av ETH Zürich och PSI.

2009 tilldelades den indiskfödda brittiska strukturbiologen Venkatraman Ramakrishnan Nobelpriset i kemi för bland annat sin forskning vid Synchrotron Light Source Switzerland (SLS). SLS är en av PSI: s fyra storskaliga forskningsanläggningar. Hans undersökningar där gjorde det möjligt för Ramakrishnan att klargöra hur ribosomer ser ut och hur de fungerar på nivån för enskilda molekyler. Med hjälp av informationen som kodas i generna producerar ribosomer proteiner som styr många kemiska processer i levande organismer.

Under 2010 använde ett internationellt team av forskare vid PSI negativa muoner för att utföra en ny mätning av protonen och fann att dess radie är betydligt mindre än tidigare trott: 0,84184 femtometrar istället för 0,8768. Enligt pressrapporter var detta resultat inte bara överraskande, det kunde också ifrågasätta tidigare modeller inom fysik. Mätningarna var endast möjliga med PSI: s 590 MeV -protonaccelerator HIPA eftersom dess sekundärt genererade muonstråle är den enda i hela världen som är tillräckligt intensiv för att genomföra experimentet.

Under 2011 lyckades forskare från PSI och på andra håll att dechiffrera grundstrukturen för proteinmolekylen rhodopsin med hjälp av SLS. Detta optiska pigment fungerar som ett slags ljussensor och spelar en avgörande roll i synprocessen.

En så kallad ”tunnelpixeldetektor” byggd vid PSI var ett centralt element i CMS-detektorn vid Genèves kärnforskningscenter CERN , och var därmed inblandad i detekteringen av Higgsbosonet. Denna upptäckt, som meddelades den 4 juli 2012, tilldelades Nobelpriset i fysik ett år senare.

I januari 2016 togs 20 kilo plutonium från PSI till USA. Enligt en tidningsrapport hade den federala regeringen en hemlig plutoniumlagring där materialet hade förvarats sedan 1960 -talet för att konstruera en atombomb som planerat vid den tiden. Förbundsrådet förnekade detta och upprätthöll plutonium-239-innehållet i materialet under 92 procent, vilket innebar att det inte var vapenmaterial. Tanken var snarare att använda materialet som erhållits från upparbetade bränslestavar från Diorit -forskningsreaktorn, som manövrerades från 1960 till 1977, för att utveckla en ny generation bränsleelementtyper för kärnkraftverk. Detta hände dock aldrig. När det beslutades, 2011, att fasa ut kärnkraft, hade det blivit klart att det inte fanns någon ytterligare användning för materialet i Schweiz. Förbundsrådet beslutade vid toppmötet om kärnsäkerhet 2014 att stänga den schweiziska plutoniumlagringen. Ett bilateralt avtal mellan de två länderna innebar att plutoniet sedan kunde överföras till USA för ytterligare lagring.

PSI-direktörer
Termin	Direktör
1988–1990	Jean-Pierre Blaser
1990–1991	Anton Menth
1991–1992	Wilfred Hirt (Interim)
1992–2002	Meinrad Eberle
2002–2007	Ralph Eichler
2007–2008	Martin Jermann (Interim)
2008–2018	Joël Mesot
2019–2020	Thierry Strässle (Interim)
Sedan 1 april 2020	Christian Rüegg

I juli 2017 undersöktes och visualiserades den tredimensionella inriktningen av magnetisering inuti ett tredimensionellt magnetiskt objekt med hjälp av SLS utan att påverka materialet. Tekniken förväntas vara användbar för att utveckla bättre magneter, till exempel för motorer eller datalagring.

Joël François Mesot, den mångåriga chefen för PSI (2008 till 2018), valdes till president för ETH Zürich i slutet av 2018. Hans tjänst togs tillfälligt över av fysikern och PSI: s stabschef Thierry Strässle från januari 2019. Sedan 1 april 2020 har fysikern Christian Rüegg varit chef för PSI. Han var tidigare chef för PSI -forskningsavdelningen Neutrons and Muons.

Många PSI- spin-off-företag har grundats genom åren för att göra forskningsresultaten tillgängliga för det större samhället. Den största avknoppningen, med 120 anställda, är DECTRIS AG, som grundades 2006 i närliggande Baden, som specialiserat sig på utveckling och marknadsföring av röntgendetektorer. SwissNeutronics AG i Klingnau, som säljer optiska komponenter för neutronforskningsanläggningar, grundades redan 1999. Flera nya PSI-utläggare, till exempel tillverkaren av metall-organiska ramverk novoMOF eller läkemedelsutvecklaren leadXpro, har bosatt sig nära PSI i parken Innovaare, som grundades 2015 med stöd av flera företag och kantonen Aargau.

PSI -administrationsbyggnad i PSI East i Würenlingen

Forsknings- och specialistområden

PSI utvecklar, bygger och driver flera acceleratoranläggningar , t.ex. g. en 590 MeV högström cyklotron , som vid normal drift levererar en strålström på cirka 2,2 mA. PSI driver också fyra storskaliga forskningsanläggningar: en synkrotronljuskälla (SLS), som är särskilt lysande och stabil, en spallationsneutronkälla (SINQ), en muonkälla (SμS) och en röntgenfri elektronlaser ( SwissFEL ). Detta gör PSI för närvarande (2020) till det enda institut i världen som tillhandahåller de fyra viktigaste sonderna för att undersöka strukturen och dynamiken hos kondenserad materia (neutroner, muoner och synkrotronstrålning) på ett campus för det internationella användarsamhället. Dessutom producerar HIPAs målanläggningar också pioner som matar muonkällan och Ultracold Neutron -källan UCN producerar mycket långsamma, ultrakylda neutroner. Alla dessa partikeltyper används för forskning inom partikelfysik.

Forskning vid PSI bedrivs med hjälp av dessa anläggningar. Dess fokusområden inkluderar:

Material och material

Allt material som människor arbetar med består av atomer . Atomernas interaktion och deras arrangemang bestämmer egenskaperna hos ett material. De flesta forskare inom materia och material vid PSI vill ta reda på mer om hur den interna strukturen hos olika material förhåller sig till deras observerbara egenskaper. Grundforskning inom detta område bidrar till utvecklingen av nya material med ett brett spektrum av tillämpningar, till exempel inom elektroteknik , medicin , telekommunikation , mobilitet , nya energilagringssystem , kvantdatorer och spintronik . De undersökta fenomenen inkluderar supraledning , ferro- och anti- ferromagnetism , spinnvätskor och topologiska isolatorer .

Neutroner används intensivt för materialforskning vid PSI eftersom de möjliggör unik och icke-destruktiv tillgång till materialets inre i en skala från atoms storlek till objekt som är en centimeter långa. De fungerar därför som ideala sonder för att undersöka grundläggande och tillämpade forskningsämnen, till exempel kvantspinnsystem och deras potential för tillämpning i framtida datorteknik, komplexa lipidmembraners funktioner och deras användning för transport och riktad frisättning av läkemedelssubstanser, liksom som strukturen för nya material för energilagring som nyckelkomponenter i intelligenta energinätverk.

Inom partikelfysik undersöker PSI -forskare strukturen och egenskaperna hos de innersta lagren av materia och vad som håller ihop dem. Muoner, pioner och ultrakalla neutroner används för att testa standardmodellen för elementära partiklar, för att bestämma grundläggande naturliga konstanter och för att testa teorier som går utöver standardmodellen. Partikelfysik vid PSI har många poster, inklusive den mest exakta bestämningen av kopplingskonstanterna för den svaga interaktionen och den mest exakta mätningen av laddningsradien för protonen. Vissa experiment syftar till att hitta effekter som inte förutses i standardmodellen, men som kan korrigera inkonsekvenser i teorin eller lösa oförklarliga fenomen från astrofysik och kosmologi. Deras resultat stämmer hittills med standardmodellen. Exempel inkluderar den övre gränsen som uppmätts i MEG -experimentet för det hypotetiska sönderfallet av positiva muoner till positroner och fotoner samt det permanenta elektriska dipolmomentet för neutroner.

Muoner är inte bara användbara i partikelfysik, utan också i fast tillståndsfysik och materialvetenskap. Den myonen spinn spektroskopi -metoden (μSR) används för att undersöka de grundläggande egenskaperna hos magnetiska och supraledande material samt av halvledare , isolatorer och halvledarstrukturer, inklusive tekniskt relevanta tillämpningar såsom för solceller.

Energi och miljö

PSI -forskare tar upp alla aspekter av energianvändning i syfte att göra energiförsörjningen mer hållbar. Fokusområden inkluderar: ny teknik för förnybar energi , energilagring med låg förlust, energieffektivitet , förbränning med låg förorening, bränsleceller , experimentell och modellbaserad utvärdering av energi- och materialcykler, miljöpåverkan av energiproduktion och -förbrukning och kärnkraft forskning, särskilt reaktorsäkerhet och avfallshantering .

PSI driver den experimentella plattformen ESI (Energy System Integration) för att svara på specifika frågor om säsongens energilagring och sektorkoppling . Plattformen kan användas inom forskning och industri för att testa lovande tillvägagångssätt för att integrera förnybar energi i energisystemet - till exempel lagra överskott av el från sol- eller vindkraft i form av väte eller metan .

På PSI utvecklades en metod för att utvinna betydligt mer metangas från bioavfall och testades framgångsrikt med hjälp av ESI -plattformen tillsammans med Zürichs energiföretag Energie 360 °. Teamet tilldelades Watt d'Or 2018 från schweiziska federala energikontoret .

En plattform för katalysatorforskning finns också på PSI. Katalys är en central komponent i olika energiomvandlingsprocesser, till exempel i bränsleceller, vattenelektrolys och metanering av koldioxid.

För att testa förorenande utsläpp från olika energiproduktionsprocesser och beteendet hos motsvarande ämnen i atmosfären, driver PSI också en smogkammare.

Ett annat forskningsområde vid PSI handlar om effekterna av energiproduktion på atmosfären lokalt, inklusive i Alperna, i polarområdena på jorden och i Kina.

Avdelningen för kärnenergi och säkerhet arbetar för att upprätthålla en god kärnkraftsexpertis och därmed för att utbilda forskare och ingenjörer i kärnkraft. Till exempel har PSI ett av få laboratorier i Europa för att undersöka bränslestavar i kommersiella reaktorer. Divisionen har ett nära samarbete med ETH Zürich , EPFL och Bern University , till exempel genom att använda sina högpresterande datorer eller CROCUS- forskningsreaktorn vid EPFL.

Mänsklig hälsa

PSI är en av de ledande institutionerna i världen inom forskning och tillämpning av protonterapi för behandling av cancer. Sedan 1984 har Center for Proton Therapy framgångsrikt behandlat cancerpatienter med en speciell form av strålbehandling. Hittills har mer än 7500 patienter med okulära tumörer bestrålats (status 2020). Framgångsgraden för ögonbehandling med OPTIS -anläggningen är över 98 procent.

1996 utrustades en bestrålningsenhet (Gantry 1) för första gången för att använda den så kallade spot-scanning-protontekniken som utvecklats vid PSI. Med denna teknik skannas tumörer djupt inuti kroppen tredimensionellt med en protonstråle ca 5 till 7 mm i bredd. Genom att överlagra många enskilda protonfläckar - cirka 10 000 fläckar per liter volym - exponeras tumören jämnt för den nödvändiga strålningsdosen, som övervakas individuellt för varje fläck. Detta möjliggör en extremt exakt, homogen bestrålning som är optimalt anpassad till tumörens vanligtvis oregelbundna form. Tekniken gör det möjligt att spara så mycket som möjligt av den omgivande friska vävnaden. Den första portalen var i drift för patienter från 1996 till slutet av 2018. År 2013 togs den andra Gantry 2, utvecklad vid PSI, i drift och i mitten av 2018 öppnades ytterligare en behandlingsstation, Gantry 3.

Inom radiofarmacy täcker PSI: s infrastruktur hela spektrumet. I synnerhet PSI -forskare hanterar mycket små tumörer fördelade i hela kroppen. Dessa kan inte behandlas med vanliga strålbehandlingstekniker. Nya medicinskt tillämpliga radionuklider har dock producerats med hjälp av protonacceleratorerna och neutronkällan SINQ vid PSI. I kombination med terapi med speciella biomolekyler-så kallade antikroppar kan terapeutiska molekyler bildas för att selektivt och specifikt detektera tumörceller. Dessa märks sedan med en radioaktiv isotop. Dess strålning kan lokaliseras med avbildningstekniker som SPECT eller PET , vilket möjliggör diagnos av tumörer och deras metastaser. Dessutom kan det doseras så att det också förstör tumörcellerna. Flera sådana radioaktiva ämnen har utvecklats vid PSI. De testas för närvarande i kliniska prövningar, i nära samarbete med universitet, kliniker och läkemedelsindustrin. PSI förser även lokala sjukhus med radiofarmaka om det behövs.

Sedan öppnandet av Synchrotron Light Source Switzerland (SLS) har strukturbiologi varit ett ytterligare fokus för forskning inom människors hälsa. Här undersöks strukturen och funktionen för biomolekyler - helst med atomupplösning. PSI -forskarna handlar främst om proteiner. Varje levande cell behöver en myriad av dessa molekyler för att till exempel kunna metabolisera, ta emot och överföra signaler eller dela sig. Syftet är att förstå dessa livsprocesser bättre och på så sätt kunna behandla eller förebygga sjukdomar mer effektivt.

Till exempel undersöker PSI strukturen hos trådformiga strukturer, de så kallade mikrotubuli , som bland annat drar isär kromosomer under celldelning. De består av långa proteinkedjor. När kemoterapi används för att behandla cancer, stör det sammansättningen eller nedbrytningen av dessa kedjor så att cancercellerna inte längre kan dela sig. Forskare följer noga strukturen hos dessa proteiner och hur de förändras för att ta reda på exakt var cancerläkemedel måste angripa mikrotubuli. Med hjälp av PSI: s SwissFEL - frielektronröntgenlaser , som invigdes 2016, har forskare kunnat analysera dynamiska processer i biomolekyler med extremt hög tidsupplösning-mindre än en biljonedel av en sekund (picosekund). Till exempel har de upptäckt hur vissa proteiner i fotoreceptorerna i näthinnan i våra ögon aktiveras av ljus.

Acceleratorer och stora forskningsanläggningar vid PSI

Protonacceleratoranläggning

Medan PSI: s protonaccelerator , som togs i bruk 1974, huvudsakligen användes i de tidiga dagarna för elementär partikelfysik , ligger idag fokus på applikationer för solid-state fysik , radiofarmaka och cancerterapi. Sedan den började fungera har den ständigt utvecklats ytterligare och dess prestanda idag är så mycket som 2,4 mA, vilket är 24 gånger högre än de första 100 µA. Det är därför anläggningen nu anses vara en högpresterande protonaccelerator, eller HIPA (High Intensity Proton Accelerator) för kort. I grund och botten består den av tre acceleratorer i serie: Cockcroft-Walton, injector-2 cyclotron och ring-cyclotron. De accelererar protonerna till cirka 80 procent av ljusets hastighet .

Protonkälla och Cockcroft-Walton

I en protonkälla baserad på cyklotronresonans används mikrovågor för att ta bort elektroner från väteatomer. Det som återstår är väteatomkärnorna, som var och en består av endast en proton. Dessa protoner lämnar källan med en potential på 60 kilovolt och utsätts sedan för en ytterligare spänning på 810 kilovolt i ett acceleratorrör. Båda spänningarna levereras av en Cockcroft-Walton-accelerator . Med totalt 870 kilovolt accelereras protonerna till en hastighet av 46 miljoner km/h eller 4 procent av ljusets hastighet. Protonerna matas sedan in i Injector-2.

Injektor-1

Med Injector-1 kunde driftströmmar på 170 µA och toppströmmar på 200 µA nås. Det användes också för experiment med låg energi, för OPTIS -ögonterapi och för LiSoR -experimentet i MEGAPIE -projektet. Sedan den 1 december 2010 har denna ringaccelerator varit ur drift.

Injektor-2

Injektor-2

Typ:	Isokron spiral-back cyklotron
Magneter:	4 enheter
Total magnetmassa:	760 ton
Accelererande element:	4 resonatorer (50 MHz)
Extraktionsenergi:	72 MeV

Injector-2, som togs i drift 1984 och utvecklades av det som då var SIN, ersatte Injector-1 som injektionsmaskin för 590 MeV ringcyklotron. Inledningsvis var det möjligt att driva Injector-1 och Injector-2 omväxlande, men nu används endast Injector-2 för att mata in protonstrålen i ringen. Den nya cyklotronen har möjliggjort en ökning av strålströmmen från 1 till 2 mA, vilket var det absoluta rekordvärdet för 1980 -talet. Idag levererar injektorn-2 en strålström på ≈ 2,2 mA vid rutindrift och 2,4 mA vid högström vid 72 MeV, vilket är cirka 38 procent av ljusets hastighet.

Ursprungligen drevs två resonatorer vid 150 MHz i plattläge för att möjliggöra en tydlig separation av protonbanorna, men dessa används nu också för acceleration. En del av den extraherade 72 MeV -protonstrålen kan delas upp för isotopproduktion , medan huvuddelen matas in i ringcyklotronen för ytterligare acceleration.

Ringa

PSI Ring Cyclotron

Typ:	Isokron spiral-back cyklotron
Magneter:	8 enheter
Total magnetmassa:	2000 t
Accelererande element:	4 (5) Hålrum (50 MHz)
Extraktionsenergi:	590 MeV

Precis som Injector-2 togs Ring Cyclotron, som har en omkrets på cirka 48 m, i drift 1974. Den utvecklades speciellt på SIN och ligger i hjärtat av PSI-protonacceleratoranläggningarna. Protonerna accelereras till 80 procent av ljusets hastighet på det cirka 4 km långa spåret, som protonerna täcker inuti ringen på 186 varv. Detta motsvarar en kinetisk energi på 590 MeV. Endast tre sådana ringar finns över hela världen, nämligen: TRIUMF i Vancouver, Kanada; LAMPF i Los Alamos, USA; och den på PSI. TRIUMF har bara nått strålar på 500 µA och LAMPF 1 mA.

Förutom de fyra ursprungliga Håligheter , var en mindre femte hålighet sattes 1979. Det arbetar vid 150 megahertz som en platt-topp kavitet, och har möjliggjort en betydande ökning av antalet extraherade partiklar. Sedan 2008 har alla gamla aluminiumhålrum i Ring Cyclotron ersatts med nya kopparhålrum. Dessa tillåter högre spänningsamplituder och därmed en större acceleration av protonerna per varv. Antalet varv för protonerna i cyklotronen kunde således minskas från ca. 200 till 186, och avståndet som protonerna reste i cyklotronen minskade från 6 km till 4 km. Med en strålström på 2,2 mA är denna protonanläggning vid PSI för närvarande den mest kraftfulla kontinuerliga partikelacceleratorn i världen. Den 1,3 MW starka protonstrålen riktas mot muonkällan (SμS) och spallationsneutronkällan (SINQ).

Swiss Muon Source (SμS)

I mitten av den stora experimenthallen kolliderar protonstrålen i Ring Cyclotron med två mål - ringar av kol . Under protonernas kollisioner med atomkärnkärnorna bildas först pioner och förfaller sedan till myoner efter cirka 26 miljarder sekunder av en sekund. Magneter riktar sedan dessa muoner till instrument som används inom materialvetenskap och partikelfysik. Tack vare Ring Cyclotrons enorma höga protonström kan muonkällan generera världens mest intensiva muonstrålar. Dessa gör det möjligt för forskare att genomföra experiment inom partikelfysik och materialvetenskap som inte kan utföras någon annanstans.

Den schweiziska Muon Source (SμS) har sju strållinjer som forskare kan använda för att undersöka olika aspekter av modern fysik. Vissa materialforskare använder dem för muonspinnspektroskopi -experiment. PSI är den enda platsen i världen där en muonstråle med tillräcklig intensitet är tillgänglig vid en mycket låg energi på bara några kiloelektronvolt - tack vare Muon Source höga muonintensitet och en speciell process. De resulterande muonerna är tillräckligt långsamma för att kunna analysera tunna lager av material och ytor. Sex mätstationer (FLAME (från 2021), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 och LEM) med instrument för ett brett spektrum av applikationer är tillgängliga för sådana undersökningar.

Partikelfysiker använder några av strållinjerna för att utföra högprecisionsmätningar för att testa gränserna för standardmodellen.

Swiss Spallation Neutron Source (SINQ)

Den neutronkälla SINQ, som har varit i drift sedan 1996, var den första, och är fortfarande den starkaste, i sitt slag. Den levererar ett kontinuerligt neutronflöde på 10 ¹⁴ n cm ⁻² s ⁻¹ . I SINQ träffar protonerna från den stora partikelacceleratorn ett ledmål och slår ut neutronerna från blykärnorna, vilket gör dem tillgängliga för experiment. Förutom termiska neutroner möjliggör en moderator av flytande deuterium också produktion av långsamma neutroner, som har ett lägre energispektrum .

MEGAPIE-målet ( Mega watt Pi lot- E xperiment) togs i drift sommaren 2006. Genom att ersätta det fasta målet med ett mål gjord av en bly-vismut-eutektik kunde neutronutbytet ökas med ytterligare 80%.

Eftersom det skulle bli mycket kostsamt att avyttra MEGAPIE -målet, beslutade PSI 2009 att inte ta fram ytterligare ett sådant mål och i stället att utveckla det fasta målet ytterligare eftersom det redan hade bevisat sitt värde. Baserat på resultaten från MEGAPIE -projektet var det möjligt att få en nästan lika stor ökning av neutronutbytet för drift med ett fast mål.

SINQ var en av de första anläggningarna som använde specialutvecklade optiska styrsystem för att transportera långsamma neutroner. Metallbelagda glasrör leder neutroner över längre sträckor (några tiotals meter) med hjälp av total reflektion, analogt med ljusstyrningen i glasfibrer, med låg förlust av intensitet. Effektiviteten hos dessa neutronstyrningar har stadigt ökat med framsteg inom tillverkningsteknik. Det är därför PSI bestämde sig för att genomföra en omfattande uppgradering under 2019. När SINQ åter tas i drift sommaren 2020 kommer det i genomsnitt att kunna tillhandahålla fem gånger fler neutroner för experiment, och i ett speciellt fall, till och med 30 gånger Mer.

SINQ: s 15 instrument används inte bara för PSI -forskningsprojekt utan är också tillgängliga för nationella och internationella användare.

Ultracold Neutron Source (UCN)

Sedan 2011 har PSI också drivit en andra spallationsneutronkälla för generering av ultrakylda neutroner (UCN). Till skillnad från SINQ pulserar den och använder HIPA: s helstråle, men normalt bara i 8 sekunder var 5: e minut. Designen liknar den hos SINQ. För att kyla ner neutronerna använder den dock fruset deuterium vid en temperatur av 5 Kelvin (motsvarande -268 grader Celsius) som kall moderator. UCN som genereras kan lagras i anläggningen och observeras i några minuter i experiment.

COMET cyklotron

Denna supraledande 250 MeV cyklotron har varit i drift för protonterapi sedan 2007 och ger strålen för behandling av tumörer hos cancerpatienter. Det var den första superledande cyklotron världen över som användes för protonterapi. Tidigare delades en del av protonstrålen från Ring Cyclotron av för detta ändamål, men sedan 2007 har den medicinska anläggningen tillverkat sin egen protonstråle oberoende, vilket tillhandahåller flera bestrålningsstationer för terapi. Andra komponenter i anläggningen, kringutrustning och styrsystem har också förbättrats under tiden, så att anläggningen idag är tillgänglig över 98 procent av tiden med mer än 7000 driftstimmar per år.

Swiss Light Source (SLS)

Den schweiziska ljuskällan (SLS), en elektron- synkrotron , har varit i drift sedan den 1 augusti 2001. Den fungerar som en slags kombinerad röntgenmaskin och mikroskop för att screena en mängd olika ämnen. I den cirkulära strukturen rör sig elektronerna på en cirkulär bana 288 m i omkrets och avger synkrotronstrålning i tangentiell riktning. Totalt 350 magneter håller elektronstrålen på sin kurs och fokuserar den. Accelerationshåligheter säkerställer att strålens hastighet förblir konstant.

Panoramautsikt över den schweiziska ljuskällan

Sedan 2008 har SLS varit acceleratorn med den tunnaste elektronstrålen i världen. PSI -forskare och tekniker har arbetat med detta i åtta år och har upprepade gånger justerat var och en av de många magneterna. SLS erbjuder ett mycket brett spektrum av synkrotronstrålning från infrarött ljus till hårda röntgenstrålar. Detta gör det möjligt för forskare att ta mikroskopiska bilder inuti föremål, material och vävnad för att till exempel förbättra material eller utveckla läkemedel.

År 2017 gjorde ett nytt instrument på SLS det möjligt att titta in i ett datorchip för första gången utan att förstöra det. Strukturer som 45 nanometer smala kraftledningar och 34 nanometer höga transistorer blev synliga. Denna teknik gör det möjligt för chipstillverkare att till exempel kontrollera om deras produkter lättare uppfyller specifikationerna.

För närvarande under arbetstiteln "SLS 2.0" planeras för att uppgradera SLS och därmed skapa en fjärde generationens synkrotronljuskälla.

SwissFEL

Den SwissFEL fria frielektronlaser invigdes den 5 December 2016 av den federala rådet Johann Schneider-Ammann. År 2018 togs den första strållinjen ARAMIS i drift. Den andra strållinjen ATHOS är planerad att följa hösten 2020. I hela världen är endast fyra jämförbara anläggningar i drift.

Träningscenter

PSI Education Center har över 30 års erfarenhet av utbildning och tillhandahållande av vidareutbildning inom tekniska och tvärvetenskapliga områden. Det tränar över 3000 deltagare årligen.

Centret erbjuder ett brett utbud av grundläggande och avancerade utbildningar för både yrkesverksamma och andra som arbetar med joniserande strålning eller radioaktivt material. Kurserna, där deltagarna förvärvar relevant expertis, erkänns av Federal Office of Public Health (FOPH) och Swiss Federal Nuclear Safety Inspectorate (ENSI).

Den driver också grundläggande och avancerade utbildningar för PSI: s personal och intresserade personer från ETH -domänen. Sedan 2015 har också kurser om utveckling av mänskliga resurser (som konflikthantering , ledarskapsworkshops, kommunikation och överförbara färdigheter) hållits.

Kvaliteten på PSI Education Center är certifierad (ISO 29990: 2001).

Samarbete med industrin

PSI innehar cirka 100 aktiva patentfamiljer inom till exempel medicin, med utredningstekniker för protonterapi mot cancer eller för att upptäcka prioner, orsaken till galna ko -sjukdomen . Andra patentfamiljer är inom fotovetenskap, med speciella litografiprocesser för strukturering av ytor, inom miljövetenskap för återvinning av sällsynta jordarter , för katalysatorer eller för förgasning av biomassa, inom materialvetenskaperna och inom andra områden. PSI har ett eget tekniköverföringskontor för patent.

Patent har till exempel beviljats för detektorer som används i högpresterande röntgenkameror utvecklade för schweiziska Synchrotron Light Source SLS, som kan användas för att undersöka material på atomnivå. Dessa utgjorde grunden för att grunda företaget DECTRIS, den hittills största spin-off som kom från PSI. År 2017 licensierade det Lausanne-baserade företaget Debiopharm den aktiva substansen 177Lu-PSIG-2, som utvecklades vid Center for Radiopharmaceutical Sciences på PSI. Detta ämne är effektivt vid behandling av en typ av sköldkörtelcancer. Det ska vidareutvecklas under namnet DEBIO 1124 i syfte att få det godkänt och göra det klart för marknadslansering. En annan PSI-spin-off, GratXray, arbetar med en metod baserad på faskontraster i gitterinterferometri. Metoden utvecklades ursprungligen för att karakterisera synkrotronstrålning och förväntas bli guldstandard vid screening för bröstcancer. Den nya tekniken har redan använts i en prototyp som PSI utvecklat i samarbete med Philips.

Se även

Referenser

externa länkar

Koordinater : 47 ° 32′10 ″ N 8 ° 13′22 ″ E / 47.53611 ° N 8.22278 ° E / 47.53611; 8.22278

Languages

In other projects