Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из Института Пауля Шеррера )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пауль Шеррер Institut.svg

Шерер Павел институт ( PSI ) является многопрофильным научно - исследовательским институтом для естественных и технических наук в Швейцарии. Он расположен в кантоне Аргау в муниципалитетах Филлиген и Вюренлинген по обе стороны реки Ааре и занимает территорию площадью более 35 гектаров. [1] Как и ETH Zurich и EPFL , PSI входит в состав Швейцарского федерального технологического института Швейцарской Конфедерации. В PSI работает около 2100 человек. [2]Он проводит фундаментальные и прикладные исследования в области материи и материалов, здоровья человека, энергетики и окружающей среды. Около 37% исследовательской деятельности PSI сосредоточено на материаловедении, 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 большими 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 [ править ]

Институт, названный в честь швейцарского физика Пауля Шеррера , был создан в 1988 году, когда EIR ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , Швейцарский федеральный институт реакторных исследований, основанный в 1960 году) был объединен с SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Швейцарский институт ядерных исследований, основан 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 года в PSI действует (первоначально как SIN) Центр протонной терапии для лечения пациентов с меланомами глаз и другими опухолями, расположенными глубоко внутри тела. К настоящему времени здесь 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 XG, а позже также снабдили NASA и ESA детекторами для анализа излучения в космосе. В 1992 году физики использовали ускорительную масс-спектрометрию и радиоуглеродные методы, чтобы определить возраст Эци , мумии, найденной в леднике в Эцтальских Альпах годом ранее, по небольшим образцам всего в несколько миллиграммов костей, тканей и травы. [11] Они были проанализированы на ускорителе TANDEM на Hönggerberg около Цюриха, который в то время совместно эксплуатировался ETH Zurich и PSI.

В 2009 году британский структурный биолог Венкатраман Рамакришнан, родившийся в Индии, был удостоен Нобелевской премии по химии, в частности, за свои исследования в Синхротронном источнике света в Швейцарии (SLS). SLS - один из четырех крупных исследовательских центров PSI. Его исследования позволили Рамакришнану выяснить, как выглядят рибосомы 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 из PSI использовала отрицательные мюоны для нового измерения протона и обнаружила, что его радиус значительно меньше, чем считалось ранее: 0,84184 фемтометра 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 для проведения эксперимента. [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 светочувствительный элемент и играет решающую роль в процессе зрения. [14]

Так называемый «бочкообразный пиксельный детектор», созданный в PSI, был центральным элементом детектора CMS Женевского центра ядерных исследований CERN 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 газетному сообщению [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 топливных стержней исследовательского реактора Diorit, который работал с 1960 по 1977 год, для разработки нового поколения типов тепловыделяющих элементов для атомных электростанций. [18]Однако этого не произошло. К тому времени, когда в 2011 году было принято решение о постепенном отказе от ядерной энергетики, стало ясно, что в Швейцарии этот материал больше не используется. На саммите по ядерной безопасности в 2014 году Федеральный совет принял решение закрыть швейцарское хранилище плутония. Двустороннее соглашение между двумя странами означало, что плутоний может быть передан в США для дальнейшего хранения. [19]

PSI-директора
СрокДиректор
1988–1990Жан-Пьер Блазер
1990–1991Антон Мент
1991–1992Уилфред Хирт (временный)
1992–2002 гг.Мейнрад Эберле
2002–2007 гг.Ральф Эйхлер
2007–2008Мартин Джерманн (временный)
2008–2018 гг.Жоэль Мезо
2019–2020 гг.Тьерри 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 является физик Кристиан Рюэгг. Ранее он возглавлял исследовательское подразделение PSI «Нейтроны и мюоны».

За прошедшие годы было основано множество дочерних компаний PSI, чтобы сделать результаты исследований доступными для широкой общественности. [22] Самым крупным дочерним предприятием со 120 сотрудниками является 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 установок нейтронных исследований, была основана еще в 1999 году. Несколько недавних ответвлений PSI, таких как производитель металлоорганических каркасов novoMOF или разработчик лекарств leadXpro, обосновались рядом с PSI в парке. Innovaare, основанная в 2015 году при поддержке нескольких компаний и кантона Ааргау. [23]

Административное здание PSI в PSI East в Вюренлинген

Области исследований и специализации [ править ]

PSI разрабатывает, строит и эксплуатирует несколько ускорительных установок , например. грамм. сильноточный циклотрон на 590 МэВ , который при нормальной работе выдает ток пучка около 2,2 мА. PSI также управляет четырьмя крупномасштабными исследовательскими установками: источником синхротронного света (SLS), который является особенно ярким и стабильным, источником нейтронов расщепления (SINQ), источником мюонов (SμS) и рентгеновским лазером 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 конденсированного состояния.(нейтроны, мюоны и синхротронное излучение) в университетском городке для международного сообщества пользователей. Кроме того, целевые установки HIPA также производят пионы, которые питают мюонный источник, а источник ультрахолодных нейтронов UCN 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 [ править ]

Все материалы, с которыми работают люди, состоят из атомов . 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 приложений, например, в электротехнике , медицине , телекоммуникациях , мобильности , новых системах хранения энергии , квантовых компьютерах и спинтронике . Исследованные явления включают:сверхпроводимость , ферро- и антиферромагнетизм , спиновые жидкости и топологические изоляторы . [24]

Нейтроны интенсивно используются в исследованиях материалов в PSI, поскольку они обеспечивают уникальный и неразрушающий доступ к внутренней части материалов в масштабе от размера 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 структура новых материалов для хранения энергии как ключевых компонентов в интеллектуальных энергетических сетях.

В физике 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 Стандартной модели элементарных частиц, для определения фундаментальных естественных констант и для проверки теорий, выходящих за рамки Стандартной модели. Физика элементарных частиц в PSI имеет много записей, в том числе наиболее точным определения констант в слабом взаимодействии и наиболее точного измерения радиуса заряда протона. [27]Некоторые эксперименты направлены на поиск 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, измеренный в эксперименте MEG, гипотетического распада положительных мюонов на позитроны и фотоны [28], а также предел постоянного электрического дипольного момента для нейтронов. [29]

Мюоны полезны не только в физике элементарных частиц, но также в физике твердого тела и материаловедении. [30] Метод мюонной спиновой спектроскопии (µSR) используется для исследования фундаментальных свойств магнитных и сверхпроводящих материалов, а также полупроводников , диэлектриков и полупроводниковых структур, включая технологически важные приложения, такие как солнечные элементы.

Энергия и окружающая среда [ править ]

Исследователи PSI обращаются ко всем аспектам использования энергии с целью сделать энергоснабжение более устойчивым. Приоритетные области включают: новые технологии для возобновляемых источников энергии , хранение энергии с низкими потерями, энергоэффективность , сжигание с низким уровнем загрязнения, топливные элементы , экспериментальная и основанная на моделях оценка циклов энергии и материалов, воздействие производства и потребления энергии на окружающую среду, а также ядерная энергия. исследования, в частности безопасность реакторов и обращение с отходами .

PSI управляет экспериментальной платформой ESI (Energy System Integration), чтобы ответить на конкретные вопросы о сезонном хранении энергии и привязке секторов . Платформа может использоваться в исследованиях и в промышленности для проверки перспективных подходов к интеграции возобновляемых источников энергии в энергетическую систему - например, хранения избыточной электроэнергии от солнечной или ветровой энергии в виде водорода или метана . [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 Федерального управления энергетики Швейцарии .

Платформа для исследования катализаторов также поддерживается PSI. Катализ является центральным компонентом различных процессов 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 - воздействие производства энергии на атмосферу на местном уровне, в том числе в Альпах, полярных регионах Земли [33] и в Китае. [34]

Подразделение ядерной энергии и безопасности призвано поддерживать высокий уровень ядерной экспертизы и, таким образом, обучать ученых и инженеров в области ядерной энергетики. Например, PSI имеет одну из немногих лабораторий в Европе по исследованию топливных стержней в коммерческих реакторах. Отдел работает в тесном сотрудничестве с ETH Zurich , EPFL и Бернского университета , используя, например, их высокопроизводительных компьютеров или КРОКУС исследовательского реактора в EPFL.

Здоровье человека [ править ]

PSI - один из ведущих мировых институтов в области исследований и применения протонной терапии 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 облучается необходимой дозой облучения, которая контролируется индивидуально для каждого пятна. Это обеспечивает чрезвычайно точное и однородное облучение, оптимально адаптированное к обычно неправильной форме опухоли. [36]Этот метод позволяет максимально сохранить окружающие здоровые ткани. Первый портал работал для пациентов с 1996 года до конца 2018 года. В 2013 году был запущен второй портал 2, разработанный в PSI, а в середине 2018 года была открыта еще одна лечебная станция, Gantry 3. [37]

В области радиофармацевтики 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 со специальными биомолекулами - так называемыми антителами , терапевтические молекулы могут быть сформированы для избирательного и специфического обнаружения опухолевых клеток. Затем они помечаются радиоактивным изотопом. Его излучение можно локализовать с помощью методов визуализации, таких как ОФЭКТ или ПЭТ., 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 радиофармацевтическими препаратами, 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 микротрубочек , которые, среди прочего, разделяют 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 SwissFEL от PSIРентгеновский 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 фоторецепторов сетчатки наших глаз активируются светом.

Ускорители и крупные исследовательские центры PSI [ править ]

Ускоритель протонов [ править ]

В то время как ускоритель протонов PSI, введенный в эксплуатацию в 1974 году, в основном использовался на заре физики элементарных частиц , сегодня основное внимание уделяется приложениям для физики твердого тела , радиофармацевтических препаратов и терапии рака. [7] С момента начала эксплуатации он постоянно совершенствовался, и сегодня 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 с инжектором-2 и кольцевого циклотрона. Они ускоряют протоны примерно до 80 процентов скорости света . [46]

Источник протонов и Кокрофт-Уолтон [ править ]

В источнике протонов, основанном на циклотронном резонансе, микроволны используются для отрыва электронов от атомов водорода. Остались атомные ядра водорода, каждое из которых состоит только из одного протона. Эти протоны покидают источник с потенциалом 60 киловольт и затем подвергаются дополнительному напряжению 810 киловольт в ускорительной трубке. Оба напряжения подаются ускорителем Кокрофта-Уолтона . Обладая в общей сложности 870 киловольт, протоны ускоряются до скорости 46 миллионов км / ч или 4 процентов скорости света. [47] Затем протоны поступают в Инжектор-2.

Инжектор-1 [ править ]

С Инжектором-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 [ править ]
Инжектор-2
Тип:Изохронный спирально-обратный циклотрон
Магниты:4 шт.
Общая масса магнита:760 т
Ускоряющие элементы:4 резонатора (50 МГц)
Энергия извлечения:72 МэВ

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

Первоначально два резонатора работали на частоте 150 МГц в режиме плоской вершины, чтобы обеспечить четкое разделение орбит протонов, но теперь они также используются для ускорения. Часть выведенного пучка протонов с энергией 72 МэВ может быть отделена для производства изотопов , а основная часть подается в кольцевой циклотрон для дальнейшего ускорения.

Кольцо [ править ]
Кольцевой циклотрон PSI
Тип:Изохронный спирально-обратный циклотрон
Магниты:8 шт.
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 протонного ускорителя 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] Во всем мире существует только три таких кольца, а именно: TRIUMF в Ванкувере, Канада; LAMPF в Лос-Аламосе, США; и тот, что в PSI. TRIUMF достиг только тока пучка 500 мкА и LAMPF 1 мА.

В дополнение к четырем оригинальным полостями , меньше пятой полости была добавлена в 1979 году работает при 150 МГц в виде плоской верхней полости, и позволило значительное увеличение количества извлеченных частиц. С 2008 года все старые алюминиевые резонаторы кольцевого циклотрона 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 протонная установка в PSI в настоящее время является самой мощной.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) [ править ]

В центре большого экспериментального зала пучок протонов кольцевого циклотрона сталкивается с двумя мишенями - углеродными кольцами . Во время столкновений протонов с атомными ядрами углерода сначала образуются пионы , а затем примерно через 26 миллиардных долей секунды они распадаются на мюоны . 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 пучки мюонов. [51] Это позволяет исследователям проводить эксперименты в области физики элементарных частиц и материаловедения, которые невозможно провести где-либо еще.

Швейцарский мюонный источник (SμS) имеет семь каналов излучения, которые ученые могут использовать для исследования различных аспектов современной физики. Некоторые материаловеды используют их для экспериментов по спиновой спектроскопии мюонов . 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 особому процессу. Получающиеся в результате мюоны достаточно медленные, чтобы их можно было использовать для анализа тонких слоев материала и поверхностей. [52] Шесть измерительных станций (FLAME (с 2021 г.), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 и LEM) с приборами для широкого спектра приложений доступны для таких исследований.

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

Швейцарский источник нейтронов расщепления (SINQ) [ править ]

Источник нейтронов SINQ, который работает с 1996 года, был первым и до сих пор остается самым мощным в своем роде. Он обеспечивает непрерывный поток нейтронов 10 14  н см -2 с -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 дополнении к тепловым нейтронам , А модератор изготовлен из жидкого дейтерия также делает возможное получение медленных нейтронов, которые имеют более низкий энергетический спектр .

MEGAPIE Задача ( Мега ватт Pi lot- Е Xperiment) вступил в эксплуатацию летом 2006 г. Путем замены твердой мишени с мишенью , изготовленной из свинцово-висмутового эвтектики , нейтронный выход может быть увеличен примерно еще 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 объектов, 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 строй летом 2020 года, он сможет предоставлять в среднем в пять раз больше нейтронов для экспериментов, а в особом случае даже в 30 раз. более.

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

Источник ультрахолодных нейтронов (УХН) [ править ]

С 2011 года PSI также эксплуатирует второй источник нейтронов расщепления для генерации ультрахолодных нейтронов (УХН). [55] В отличие от SINQ, он является импульсным и использует полный луч HIPA, но обычно только в течение 8 секунд каждые 5 минут. Дизайн аналогичен SINQ. Однако для охлаждения нейтронов в качестве холодного замедлителя используется замороженный дейтерий с температурой 5 Кельвинов (что соответствует -268 градусам Цельсия). Сгенерированные УХН могут храниться в установке и наблюдаться в течение нескольких минут в экспериментах.

Циклотрон COMET [ править ]

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] Другие компоненты объекта, периферийное оборудование и системы управления также были улучшены за это время, так что сегодня объект доступен более 98 процентов времени с более чем 7000 часов работы в год.

Швейцарский источник света (SLS) [ править ]

Основная статья: Швейцарский источник света

Швейцарский источник света (SLS), [57] [58] электронный синхротрон , работает с 1 августа 2001 года. Он работает как своего рода комбинированный рентгеновский аппарат и микроскоп для проверки самых разных веществ. В круговой структуре электроны движутся по круговой траектории 288 м в окружности, испуская синхротронное излучение в тангенциальном направлении. В общей сложности 350 магнитов удерживают электронный пучок и фокусируют его. Полости ускорения обеспечивают постоянство скорости луча.

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 в течение восьми 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. Становились видимыми 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 [ править ]

Основная статья: SwissFEL

SwissFEL ЛСЭ был официально открыт 5 декабря 2016 года Федерального советника Иоганн Шнайдер-Амманн. В 2018 году введен в эксплуатацию первый пучок АРАМИС. Второй луч ATHOS планируется запустить осенью 2020 года. [61] Во всем мире только четыре сопоставимых объекта находятся в эксплуатации. [62]

Учебный центр [ править ]

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 Федеральным управлением общественного здравоохранения (FOPH) и Швейцарской федеральной инспекцией по ядерной безопасности (ENSI).

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

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

Сотрудничество с промышленностью [ править ]

PSI имеет около 100 активных семейств патентов [64] , например, в медицине, с методами исследования протонной терапии против рака или для обнаружения прионов, вызывающих болезнь коровьего бешенства . Другие семейства патентов относятся к области фотонауки, со специальными литографическими процессами для структурирования поверхностей, в науках об окружающей среде для переработки редкоземельных элементов , для катализаторов или для газификации биомассы, в науках о материалах 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 активное 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 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.

См. Также [ править ]

Домен Швейцарского федерального технологического института (ETH)
Бюджет на 2019 год (в миллионах швейцарских франков )
ETH Домен2616
Федеральные технологические институты
  • ETH Цюрих
 1298
  • EPFL
 686
Федеральные научно-исследовательские институты
  • PSI
321
  • Empa
124
  • Eawag
54
  • WSL
59
  • v
  • т
  • е
  • Наука и технологии в Швейцарии
  • Швейцарский инновационный парк
  • Протонная терапия

Ссылки [ править ]

  1. ^ PSI журнал 5232 , выпуск 3/2018, стр. 39
  2. ^ a b "Кратко об Институте Пауля Шеррера" . Проверено 28 февраля 2019 .
  3. ^ «Факты и цифры» . Проверено 28 февраля 2019 .
  4. ^ Вальтер Хагенбюхле (2018-10-14). «Институт Пауля Шеррера по Йене Арту фон Форшунг, Ланген Атем Браухт, Интервью с директором PSI Джоэлем Мезотом» . Neue Zürcher Zeitung . Проверено 28 февраля 2019 .
  5. ^ Флориан Имбах (2020-01-08). "Lotteriefonds-Auswertung - Vor allem Grossinstitutionen profitieren" . srf.ch . Проверено 8 января 2020 .
  6. ^ Робин Шварценбах (2018-10-15). "Пауль Шеррер - дер Манн дер ETH für Zukunftsthemen" . Neue Zürcher Zeitung . Проверено 28 февраля 2019 .
  7. ^ a b c «История PSI» . Проверено 28 февраля 2019 .
  8. ↑ Джеймс Кантер (25 мая 2011 г.). «Швейцария принимает решение о поэтапном отказе от ядерной энергии» . Нью-Йорк Таймс .
  9. ^ Леонид Лейва (2014-01-15). «Как закрываются поры рока в глубоких хранилищах» . PSI . Проверено 28 февраля 2019 .
  10. ^ "Протонная терапия в PSI" . Проверено 1 июня 2020 .
  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): Publications of the University of Innsbruck. Der Mann im Eis. 187. Innsbruck 1992, p. 108–116
  12. ^ «Протон меньше, чем мысль - может переписать законы физики» . National Geographic . 2010-07-09 . Проверено 12 августа 2020 .
  13. ^ «Протоны - меньше, чем мы думали» . PSI. 2010-07-08 . Проверено 1 марта 2019 .
  14. ^ Пол Пивницкий (2011-03-09). «Расшифрованы основные структуры зрения» . PSI . Проверено 12 августа 2020 .
  15. ^ «Наблюдение новой частицы с массой 125 ГэВ» . PSI. 2012-07-04 . Проверено 12 августа 2020 .
  16. ^ "Schweiz lagerte Plutonium für vier Atombomben" . tagesanzeiger.ch. 2016-02-28 . Проверено 12 августа 2020 .
  17. ^ "Уберфюнг фон плутония в США. Handelte es sich um waffenfähiges Plutonium?" . Die Schweizer Bundesversammlung. 2016-03-09 . Проверено 1 марта 2019 .
  18. ^ "Schweizer Plutonium war nicht waffenfähig" . tagesanzeiger.ch. 2016-03-14 . Проверено 12 августа 2020 .
  19. ^ «Транспорт фон aufgelösten Plutoniumlager де Bundes в фильеры США ист erfolgt» . Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung. 2016-02-26 . Проверено 1 марта 2019 .
  20. ^ Лаура Хеннеманн (2017-07-20). "Таучганг в Эйнен Магнетен" . PSI . Проверено 1 марта 2019 .
  21. ^ «Федеральный совет назначает Джан-Лука Бона в Правление ETH, а Тьерри Стрэссле временно исполняет обязанности директора PSI» . 2018-12-14 . Проверено 12 августа 2020 .
  22. ^ "Спин-офф компании" . Проверено 1 июня 2020 .
  23. ^ PSI-Magazine 5232 , выпуск 3/2018, стр. 8–20
  24. ^ «Материя и материал» . Проверено 1 июня 2020 .
  25. ^ «Исследования с нейтронами и мюонами (NUM)» . Проверено 1 июня 2020 .
  26. ^ «Обзор: материя и материал» . Проверено 13 августа 2020 .
  27. ^ "Слабая сторона протона" . Проверено 13 августа 2020 .
  28. ^ "Поиски неуловимого белого ворона физики элементарных частиц" . Проверено 1 июня 2020 .
  29. ^ «Отслеживание тайны материи» . Проверено 13 августа 2020 .
  30. ^ «Исследования с мюонами» . Проверено 1 июня 2020 .
  31. ^ «Платформа ESI» . Проверено 13 августа 2020 .
  32. ^ Урс Балтенспергером (2008-08-12). «Вторичное образование органических аэрозолей в камере смога и его связь с распределением источников в реальной атмосфере» (PDF) . PSI . Проверено 1 марта 2019 .
  33. ^ «Северный Ледовитый океан 2018» . Проверено 1 марта 2019 .
  34. ^ «Чистая энергия для Китая» (PDF) . Energie-Spiegel . PSI. 2006-11-01 . Проверено 1 марта 2019 .
  35. ^ «Лечение рака с помощью протонной терапии» (PDF) . Июль 2017 . Проверено 13 августа 2020 .
  36. ^ "Точечное сканирование" . Проверено 1 марта 2019 .
  37. ^ "Behandlungsräume" . Проверено 1 июня 2020 .
  38. ^ Сабина Голдхан (2016-04-21). «Поражение раком изнутри» . PSI . Проверено 1 марта 2019 .
  39. ^ «Debiopharm International SA и Институт Пола Шеррера объявляют о лицензионном соглашении на разработку нового целевого радиотерапевтического продукта в онкологии» . Проверено 1 июня 2020 .
  40. ^ "Dieses radioaktive Medikament ist nur 90 Minuten brauchbar - und trotzdem heiss begehrt" . Проверено 1 июня 2020 .
  41. ^ «Обзор: Здоровье человека» . Проверено 1 марта 2019 .
  42. ^ «Молекулярные ножницы стабилизируют цитоскелет клетки» . Проверено 1 июня 2020 .
  43. ^ «Молекулярный механизм действия противораковых агентов, стабилизирующих микротрубочки» . Проверено 1 июня 2020 .
  44. ^ "Биологический датчик света заснят в действии" . Проверено 1 июня 2020 .
  45. ^ a b «Ускоритель протонов в Институте Пауля Шеррера: сорок лет первоклассных исследований» . PSI. 2014-02-24 . Проверено 1 марта 2019 .
  46. ^ "Ускоритель протонов PSI" . Проверено 1 марта 2019 .
  47. ^ Лаура Хеннеманн (2014-09-23). «Надежный образец из 80-х» . PSI . Проверено 1 марта 2019 .
  48. ^ «Инжектор 2: предварительный ускоритель для протонов» . Проверено 2 июня 2020 .
  49. ^ "Ускоритель протонов PSI" . Проверено 1 июня 2020 .
  50. ^ "Источник мюонов SμS" . Проверено 1 марта 2019 .
  51. ^ PSI Magazine 5232 , выпуск 3/2018, стр. 6
  52. ^ «Исследования с мюонами» . Проверено 2 марта 2019 .
  53. ^ "SINQ: Швейцарский источник нейтронов расщепления" . Проверено 2 июня 2020 .
  54. ^ «Пострадиационное исследование MEGAPIE - Как радиохимический анализ помогает заглянуть внутрь мощной мишени для расщепления жидкого металла» . Проверено 2 июня 2020 .
  55. ^ Бернхард Лаусс (2012-03-02). «Запуск высокоинтенсивного источника ультрахолодных нейтронов в Институте Пауля Шеррера» (PDF) . CORE . Springer Science . Проверено 2 июня 2020 .
  56. ^ "КОМЕТА Циклотрон" . Проверено 1 марта 2019 .
  57. ^ Институт Пауля Шеррера (PSI): Swiss Lightsource SLS (главная)
  58. ^ "Швейцарский источник света SLS" . Проверено 1 марта 2019 .
  59. ^ Пол Пивницкий (2017-03-16). «Трехмерное рентгеновское изображение делает видимыми мельчайшие детали компьютерного чипа» . PSI . Проверено 1 марта 2019 .
  60. ^ "SLS-2 - модернизация швейцарского источника света" . Проверено 1 марта 2019 .
  61. ^ Годовой отчет PSI , Ausgabe 2017, S. 11
  62. ^ Лаура Хеннеманн (2017-12-07). «Первый эксперимент на SwissFEL проведен успешно» . PSI . Проверено 1 марта 2019 .
  63. ^ «Обучение и повышение квалификации в Образовательном центре PSI» . Проверено 1 марта 2019 .
  64. ^ «Интеллектуальная собственность в PSI» . Проверено 2 июня 2020 .
  65. ^ "Передача технологий в Институте Пауля Шеррера" . Проверено 2 июня 2020 .
  66. ^ PSI Magazine 5232 , выпуск 2/2020
  67. ^ Сабина Голдхан (2018-03-01). "Vom Forscher zum Unternehmer" (PDF) . ПСИ-Магазин 5232 . PSI . Проверено 2 июня 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница PSI
  • Сайт SLS
  • Сайт SINQ
  • Сайт SwissFEL
  • Программа протонной терапии
  • Протонные ускорители высокой интенсивности в PSI

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