Институт Пола Шеррера
| Домен Швейцарского федерального технологического института (ETH) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | ||||||||
| Обычный бюджет 2024 г. ( млн швейцарских франков ) [1] | ||||||||
|
||||||||
| Федеральные технологические институты | ||||||||
|
||||||||
| Федеральные научно-исследовательские институты | ||||||||
|
||||||||
Институт Пауля Шеррера научно - ( PSI ) — многопрофильный исследовательский институт естественных в и технических наук Швейцарии. Он расположен в кантоне Аргау в муниципалитетах Виллиген и Вюренлинген по обе стороны реки Ааре и занимает территорию площадью более 35 гектаров. [2] Как и ETH Zurich и EPFL , PSI принадлежит к домену Швейцарских федеральных технологических институтов Швейцарской Конфедерации. В PSI работает около 2100 человек. [3] Он проводит фундаментальные и прикладные исследования в области материи и материалов, здоровья человека, энергетики и окружающей среды. Около 37% исследовательской деятельности PSI сосредоточено на науках о материалах, 24% - на науках о жизни, 19% - на общей энергетике, 11% - на ядерной энергетике и безопасности и 9% - на физике элементарных частиц. [4]
PSI разрабатывает, строит и управляет крупными и сложными исследовательскими объектами 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 уникальной в мире концентрацией крупномасштабных исследовательских центров в одном месте. [3] Ежегодно на примерно 40 измерительных станциях этих объектов проводится около 1900 экспериментов. [5]
В последние годы институт был одним из крупнейших получателей денег из швейцарского лотерейного фонда. [6]
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, основана в 1968 году). Два института на противоположных берегах реки Ааре служили национальными исследовательскими центрами: один занимался ядерной энергетикой, а другой — ядерной физикой и физикой элементарных частиц. [7] С годами исследования в центрах расширились на другие области, [8] а на долю ядерной и реакторной физики сегодня приходится лишь 11 процентов исследовательской работы в PSI. Поскольку в 2011 году Швейцария приняла решение о поэтапном отказе от атомной энергетики, [9] это исследование в первую очередь касалось вопросов безопасности, например, как безопасно хранить радиоактивные отходы в глубоких геологических хранилищах. [10]
С 1984 года в PSI действует (первоначально как SIN) центр протонной терапии для лечения пациентов с меланомой глаза и другими опухолями , расположенными глубоко внутри организма. На сегодняшний день здесь прошли лечение более 9000 пациентов (статус 2020 г.). [11]
Институт также занимается космическими исследованиями. Например, в 1990 году инженеры PSI построили детектор телескопа EUVITA для российского спутника Spectrum XG, а позже также поставили НАСА и ЕКА детекторы для анализа радиации 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 несколько миллиграммов костей, тканей и травы). [12] Они были проанализированы в ускорителе TANDEM на Хёнгерберге недалеко от Цюриха, которым в то время совместно управляли ETH Zurich и PSI.
В 2009 году британский структурный биолог индийского происхождения Венкатраман Рамакришнан был удостоен Нобелевской премии по химии, среди прочего, за исследования в швейцарском источнике синхротронного света (SLS). SLS — один из четырех крупных исследовательских центров PSI. Его исследования позволили Рамакришнану прояснить, 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 неожиданным, но и мог поставить под сомнение предыдущие модели физики. [13] Измерения были возможны только с помощью ускорителя протонов HIPA компании PSI на 590 МэВ, поскольку его вторично генерируемый мюонный пучок является единственным в мире, который достаточно интенсивен для проведения эксперимента. [14]
В 2011 году исследователям из PSI и других организаций удалось расшифровать базовую структуру белковой молекулы родопсина с помощью SLS. Этот оптический пигмент действует как своего рода датчик света и играет решающую роль в процессе зрения. [15]
Так называемый «бочкообразный пиксельный детектор», построенный в PSI, был центральным элементом детектора CMS Женевского центра ядерных исследований ЦЕРН и, таким образом, участвовал в обнаружении бозона Хиггса. Это открытие, о котором было объявлено 4 июля 2012 года, год спустя было удостоено Нобелевской премии по физике. [16]
В январе 2016 года из PSI в США было вывезено 20 килограммов плутония. По сообщению газеты, [17] у федерального правительства было секретное хранилище плутония, в котором с 1960-х годов хранился материал для создания атомной бомбы, как планировалось в то время. Федеральный совет опроверг это, заявив, что содержание плутония-239 в материале было ниже 92 процентов, что означало, что это не оружейный материал. [18] Идея заключалась скорее в том, чтобы использовать материал, полученный из переработанных твэлов исследовательского реактора «Диорит», работавшего с 1960 по 1977 год, для разработки нового поколения типов твэлов для атомных электростанций. [19] Однако этого не произошло. К тому времени, когда в 2011 году было принято решение о поэтапном отказе от ядерной энергетики, стало ясно, что этот материал в Швейцарии больше не будет использоваться. Федеральный совет принял решение В 2014 году на саммите по ядерной безопасности закрыть швейцарское хранилище плутония. Двустороннее соглашение между двумя странами означало, что плутоний затем можно было передать в США для дальнейшего хранения. [20]
| Срок | Директор |
| 1988–1990 | Жан-Пьер Блазер |
| 1990–1991 | Антон Мент |
| 1991–1992 | Уилфред Хирт (временно исполняющий обязанности) |
| 1992–2002 | Мейнрад Эберле |
| 2002–2007 | Ральф Эйхлер |
| 2007–2008 | Мартин Герман (временно исполняющий обязанности) |
| 2008–2018 | Джоэл Месот |
| 2019–2020 | Тьерри Штрассле (временно исполняющий обязанности) |
| С 1 апреля 2020 г. | Кристиан Рюгг |
В июле 2017 года с помощью SLS было исследовано и визуализировано трехмерное выравнивание намагниченности внутри трехмерного магнитного объекта без воздействия на материал. Ожидается, что эта технология будет полезна при разработке более совершенных магнитов, например, для двигателей или хранения данных. [21]
Жоэль Франсуа Мезо, многолетний 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 Штрассле. [22] С 1 апреля 2020 года директором PSI является физик Кристиан Рюгг. Ранее он возглавлял исследовательское подразделение PSI по нейтронам и мюонам.
множество дочерних компаний PSI, чтобы сделать результаты исследований доступными для более широкого общества. За прошедшие годы было основано [23] Крупнейшим дочерним предприятием со 120 сотрудниками является компания DECTRIS AG , основанная в 2006 году в соседнем Бадене и специализирующаяся на разработке и маркетинге рентгеновских детекторов. SwissNeutronics AG в Клингнау, которая продает оптические компоненты для нейтронных исследовательских установок, была основана еще в 1999 году. Несколько недавних дочерних компаний PSI, таких как производитель металлоорганических каркасов novoMOF или разработчик лекарств LeadXpro, обосновались недалеко от PSI в парке. Innovaare, которая была основана в 2015 году при поддержке нескольких компаний и кантона Аргау. [24]
Области исследований и специализации [ править ]
PSI разрабатывает, строит и эксплуатирует несколько ускорительных установок , например. г. сильноточный циклотрон на 590 МэВ , который в нормальном режиме работы обеспечивает ток пучка около 2,2 мА. PSI также управляет четырьмя крупномасштабными исследовательскими установками: источником синхротронного света (SLS), который является особенно ярким и стабильным, источником расщепленных нейтронов (SINQ), источником мюонов (SμS) и рентгеновским лазером на свободных электронах ( SwissFEL ). ). Это делает PSI в настоящее время (2020 г.) единственным институтом в мире, предоставляющим четыре наиболее важных зонда для исследования структуры и динамики конденсированного вещества международному сообществу пользователей (нейтронов, мюонов и синхротронного излучения) на территории кампуса. Кроме того, целевые установки HIPA также производят пионы, которые питают источник мюонов, 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 установок. В сферу его внимания входят:
Материя и материал [ править ]
Все материалы, с которыми работает человек, 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 связана с их наблюдаемыми свойствами. Фундаментальные исследования в этой области способствуют разработке новых материалов с широким спектром применения, например, в электротехнике , медицине , телекоммуникациях , мобильности , новых системах хранения энергии , квантовых компьютерах и спинтронике . Исследуемые явления включают сверхпроводимость , ферро- и антиферромагнетизм , спиновые жидкости и топологические изоляторы . [25]
Нейтроны интенсивно используются для исследования материалов в PSI, поскольку они обеспечивают уникальный и неразрушающий доступ к внутренней части материалов в масштабе от размера атомов до объектов длиной в сантиметр. [26] Таким образом, они служат идеальными зондами для изучения фундаментальных и прикладных тем исследований, таких как квантово-спиновые системы и их потенциал для применения в будущих компьютерных технологиях, функциональные возможности сложных липидных мембран и их использование для транспорта и целевого высвобождения лекарственных веществ, а также как структура новых материалов для хранения энергии, как ключевые компоненты интеллектуальных энергетических сетей.
В области физики элементарных частиц исследователи PSI исследуют структуру и свойства самых внутренних слоев материи и то, что удерживает их вместе. [27] 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 держит множество рекордов, в том числе самое точное определение констант связи слабого взаимодействия и самое точное измерение зарядового радиуса протона. [28] Некоторые эксперименты направлены на поиск эффектов, которые не предусмотрены Стандартной моделью, но которые могли бы исправить несоответствия в теории или разрешить необъяснимые явления из астрофизики и космологии. Их результаты на данный момент согласуются со Стандартной моделью. Примеры включают верхний предел, измеренный в эксперименте MEG гипотетического распада положительных мюонов на позитроны и фотоны. [29] а также постоянный электрический дипольный момент нейтронов. [30]
Мюоны полезны не только в физике элементарных частиц, но также в физике твердого тела и материаловедении. [31] Метод мюонной спиновой спектроскопии (μSR) используется для исследования фундаментальных свойств магнитных и сверхпроводящих материалов, а также полупроводников , изоляторов и полупроводниковых структур, включая технологически важные приложения, такие как солнечные элементы.
окружающая среда Энергия и
Исследователи PSI рассматривают все аспекты использования энергии с целью сделать энергоснабжение более устойчивым. Направления деятельности включают: новые технологии возобновляемых источников энергии , хранение энергии с низкими потерями, энергоэффективность , сжигание с низким уровнем загрязнения, топливные элементы , экспериментальную и модельную оценку энергетических и материальных циклов, воздействие производства и потребления энергии на окружающую среду, а также ядерную энергетику. исследования, в частности безопасность реакторов и обращение с отходами .
PSI управляет экспериментальной платформой ESI (интеграция энергетических систем), позволяющей отвечать на конкретные вопросы о сезонном хранении энергии и объединении секторов . Платформу можно использовать в исследованиях и 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 . [32]
В PSI был разработан и успешно протестирован с помощью платформы ESI совместно с цюрихской энергетической компанией Energie 360° метод извлечения значительно большего количества метана из биологических отходов. Команда была награждена Watt d'Or 2018 Федерального управления энергетики Швейцарии .
В PSI также поддерживается платформа для исследований катализаторов. Катализ является центральным компонентом различных процессов преобразования энергии, например, в топливных элементах, электролизе воды и метанировании углекислого газа.
Для проверки выбросов загрязняющих веществ в результате различных процессов производства энергии и поведения соответствующих веществ в атмосфере PSI также использует камеру смога. [33]
Еще одно направление исследований PSI — влияние производства энергии на атмосферу локально, в том числе в Альпах, в полярных регионах Земли. [34] и в Китае. [35]
Отдел ядерной энергии и безопасности стремится поддерживать хороший уровень ядерных знаний и, таким образом, обучать ученых и инженеров в области ядерной энергетики. Например, PSI содержит одну из немногих лабораторий в Европе для исследования топливных стержней коммерческих реакторов. Подразделение тесно сотрудничает с ETH Zurich , EPFL и Бернским университетом , используя, например, их высокопроизводительные компьютеры или исследовательский реактор CROCUS в EPFL.
Здоровье человека [ править ]
PSI является одним из ведущих институтов в мире, занимающихся исследованиями и применением протонной терапии для лечения рака. С 1984 года Центр протонной терапии успешно лечит онкологических больных специальным видом лучевой терапии. На сегодняшний день облучено более 7500 пациентов с опухолями глаз (статус 2020 г.). Уровень успеха глазной терапии с использованием установки OPTIS составляет более 98 процентов. [36]
В 1996 году впервые была оборудована облучательная установка (Портал 1) для использования так называемой методики точечного сканирования протонов, разработанной в PSI. С помощью этого метода опухоли глубоко внутри тела сканируются в трехмерном пространстве протонным лучом шириной от 5 до 7 мм. За счет наложения множества отдельных протонных пятен – около 10 000 пятен на литр объема – опухоль равномерно подвергается необходимой дозе облучения, которая контролируется индивидуально для каждого пятна. Это обеспечивает чрезвычайно точное и однородное облучение, оптимально адаптированное к обычно неправильной форме опухоли. [37] Этот метод позволяет сохранить как можно больше окружающих здоровых тканей. Первый гентри находился в эксплуатации для пациентов с 1996 по конец 2018 года. В 2013 году был введен в эксплуатацию второй Gantry 2, разработанный в PSI, а в середине 2018 года открылась еще одна лечебная станция Gantry 3. [38]
В области радиофармации инфраструктура PSI охватывает весь спектр. В частности, исследователи PSI борются с очень маленькими опухолями, распространенными по всему телу. [39] Их нельзя лечить обычными методами лучевой терапии. Однако новые радионуклиды, применимые в медицине, были получены с помощью ускорителей протонов и источника нейтронов SINQ в PSI. При сочетании для терапии со специальными биомолекулами – так называемыми антителами – можно формировать терапевтические молекулы для избирательного и специфического обнаружения опухолевых клеток. Затем их метят 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 так, чтобы он уничтожал и опухолевые клетки. Несколько таких радиоактивных веществ были разработаны в PSI. В настоящее время они проходят клинические испытания в тесном сотрудничестве с университетами, клиниками и фармацевтической промышленностью. [40] PSI также снабжает местные больницы радиофармпрепаратами, если это необходимо. [41]
С момента открытия источника синхротронного света в Швейцарии (SLS) структурная биология стала еще одним направлением исследований в области здоровья человека. Здесь исследуются структура и функции биомолекул – предпочтительно с атомным разрешением. Исследователи PSI в первую очередь интересуются белками. Каждой живой клетке необходимо множество этих молекул, чтобы, например, иметь возможность метаболизировать, получать 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. [42]
Например, PSI исследует строение нитевидных структур, так называемых микротрубочек , которые, помимо прочего, раздвигают хромосомы при делении клеток. Они состоят из длинных белковых цепей. Когда химиотерапия используется для лечения рака, она нарушает сборку или разрушение этих цепочек, так что раковые клетки больше не могут делиться. Исследователи внимательно наблюдают за структурой этих белков и за тем, как они изменяются, чтобы выяснить, где именно лекарства от рака должны атаковать микротрубочки. [43] [44] С помощью рентгеновского лазера на свободных электронах SwissFEL компании PSI , который был запущен в 2016 году, исследователи смогли анализировать динамические процессы в биомолекулах с чрезвычайно высоким временным разрешением – менее триллионной доли секунды (пикосекунды). [45] Например, они обнаружили, как определенные белки фоторецепторов сетчатки наших глаз активируются светом.
Ускорители и крупные исследовательские PSI в установки
Протонный ускоритель [ править ]
PSI Хотя ускоритель протонов , введенный в эксплуатацию в 1974 году, на заре в основном использовался для физики элементарных частиц , сегодня основное внимание уделяется приложениям в физике твердого тела , радиофармпрепаратам и терапии рака. [8] С момента начала работы он постоянно совершенствовался, и его производительность на сегодняшний день составляет целых 2,4 мА, что в 24 раза превышает первоначальные 100 мкА. [46] Вот почему этот объект теперь считается высокопроизводительным ускорителем протонов, сокращенно HIPA (High Intensity Proton Accelerator). В основном он состоит из трех последовательно соединенных ускорителей: Кокрофта-Уолтона, циклотрона инжектор-2 и кольцевого циклотрона. Они ускоряют протоны примерно до 80 процентов скорости света . [47]
протонов и Кокрофт Уолтон - Источник
В источнике протонов, основанном на циклотронном резонансе, микроволны используются для отрыва электронов от атомов водорода. Остаются ядра атомов 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 . Имея общее напряжение 870 киловольт, протоны разгоняются до скорости 46 миллионов км/ч, или 4 процентов скорости света. [48] Затем протоны подаются в Инжектор-2.
Инжектор-1 [ править ]
С Инжектором-1 удалось достичь рабочих токов 170 мкА и пиковых токов 200 мкА. Он также использовался для экспериментов с низким энергопотреблением, для глазной терапии OPTIS и для эксперимента LiSoR в проекте MEGAPIE. С 1 декабря 2010 года этот кольцевой ускоритель выведен из эксплуатации.
Инжектор-2 [ править ]
| Инжектор-2 | |
|---|---|
| Тип: | Изохронный спиральный циклотрон |
| Магниты: | 4 единицы |
| Общая масса магнита: | 760 т |
| Ускоряющие элементы: | 4 резонатора (50 МГц) |
| Энергия добычи: | 72 МэВ |
Инжектор-2, введенный в эксплуатацию в 1984 году и разработанный тогдашней компанией SIN, заменил Инжектор-1 в качестве инжекционной машины для кольцевого циклотрона на 590 МэВ. Первоначально можно было эксплуатировать Инжектор-1 и Инжектор-2 попеременно, но сейчас 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 1980-х годов. Сегодня инжектор-2 обеспечивает ток пучка ≈ 2,2 мА в обычном режиме и 2,4 мА в сильноточном режиме при 72 МэВ, что составляет около 38 процентов скорости света. [49]
Первоначально два резонатора работали на частоте 150 МГц в режиме с плоской вершиной, чтобы обеспечить четкое разделение орбит протонов, но теперь они также используются для ускорения. Часть извлеченного пучка протонов с энергией 72 МэВ можно выделить для производства изотопов , а основную часть подать в кольцевой циклотрон для дальнейшего ускорения.
Кольцо [ править ]
| Кольцевой циклотрон PSI | |
|---|---|
| Тип: | Изохронный спиральный циклотрон |
| Магниты: | 8 единиц |
| Общая масса магнита: | 2000 т |
| Ускоряющие элементы: | 4 (5) резонаторов (50 МГц) |
| Энергия добычи: | 590 МэВ |
Как и Инжектор-2, Кольцевой циклотрон, имеющий окружность около 48 м, вступил в строй в 1974 г. Он был специально разработан в СИН и составляет основу ускорительной установки протонов PSI. Протоны ускоряются до 80 процентов скорости света на трассе длиной примерно 4 км, которую протоны преодолевают внутри кольца за 186 кругов. Это соответствует кинетической энергии 590 МэВ. [50] В мире существует только три таких ринга, а именно: ТРИУМФ в Ванкувере, Канада; LAMPF в Лос-Аламосе, США; и тот, что в PSI. TRUMF достиг только тока луча 500 мкА, а LAMPF — 1 мА.
В дополнение к четырем первоначальным резонаторам в 1979 году был добавлен пятый резонатор меньшего размера. Он работает на частоте 150 МГц как резонатор с плоской вершиной и позволил значительно увеличить количество извлекаемых частиц. С 2008 года все старые алюминиевые резонаторы Кольцевого циклотрона были заменены новыми медными резонаторами. Это обеспечивает более высокие амплитуды напряжения и, следовательно, большее ускорение протонов за оборот. Таким образом, число оборотов протонов в циклотроне можно было уменьшить с прибл. с 200 до 186, а расстояние, пройденное протонами в циклотроне, уменьшилось с 6 км до 4 км. Благодаря току пучка 2,2 мА эта протонная установка в PSI в настоящее время является самым мощным непрерывным ускорителем частиц в мире. Пучок сильных протонов мощностью 1,3 МВт направлен на источник мюонов (SμS) и источник расщепленных нейтронов (SINQ).
Швейцарский источник мюонов (SμS) [ править ]
Посреди большого экспериментального зала протонный пучок Кольцевого Циклотрона сталкивается с двумя мишенями — углеродными кольцами . При столкновениях протонов с ядрами атомов углерода пионы сначала образуются распадаются на мюоны , а затем примерно через 26 миллиардных долей секунды . Затем магниты направляют эти мюоны на инструменты, используемые в материаловедении и физике элементарных частиц. [51] Благодаря чрезвычайно сильному току протонов Кольцевого циклотрона, источник мюонов способен генерировать самые интенсивные в мире пучки мюонов. [52] Они позволяют исследователям проводить эксперименты в области физики элементарных частиц и материаловедения, которые невозможно провести где-либо еще.
Швейцарский источник мюонов (SμS) имеет семь лучей, которые ученые могут использовать для исследования различных аспектов современной физики. Некоторые ученые-материаловеды используют их для экспериментов по мюонной спиновой спектроскопии . PSI — единственное место в мире, где доступен мюонный пучок достаточной интенсивности с очень низкой энергией всего в несколько килоэлектронвольт — благодаря высокой интенсивности мюонного источника и специальному процессу. Получающиеся в результате мюоны достаточно медленны, чтобы их можно было использовать для анализа тонких слоев материала и поверхностей. [53] Для таких исследований доступны шесть измерительных станций (FLAME (с 2021 г.), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 и LEM) с приборами широкого спектра применения.
Физики элементарных частиц используют некоторые из лучей для выполнения высокоточных измерений, чтобы проверить пределы Стандартной модели.
источник расщепленных нейтронов ( SINQ ) Швейцарский
Источник нейтронов SINQ, работающий 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 . [54] В SINQ протоны из большого ускорителя частиц ударяются о свинцовую мишень и выбивают нейтроны из ядер свинца, делая их доступными для экспериментов. [46] Помимо тепловых нейтронов , замедлитель из жидкого дейтерия позволяет также производить медленные нейтроны, имеющие более низкий энергетический спектр .
Мишень MEGAPIE ( Мегаватт » Пилотный эксперимент « ) была введена в эксплуатацию летом 2006 года. Заменив твердую мишень мишенью из эвтектики свинец-висмут , выход нейтронов можно было увеличить примерно еще на 80%. [55]
Поскольку избавиться от мишени MEGAPIE было бы очень дорого, в 2009 году PSI решила не создавать еще одну такую мишень, а вместо этого развивать надежную мишень дальше, поскольку она уже доказала свою ценность. По результатам проекта MEGAPIE удалось получить почти такой же прирост нейтронного выхода для работы с твердой мишенью.
SINQ была одной из первых установок, использовавших специально разработанные оптические направляющие системы для транспортировки медленных нейтронов. Стеклянные каналы с металлическим покрытием проводят нейтроны на большие расстояния (несколько десятков метров) посредством полного отражения, аналогично световоду в стекловолокне, с небольшой потерей интенсивности. Эффективность этих нейтроноводов постоянно растет с развитием технологий производства. Именно поэтому PSI решила провести комплексную модернизацию в 2019 году. Когда SINQ снова заработает летом 2020 года, он сможет обеспечивать для экспериментов в среднем в пять раз больше нейтронов, а в особом случае – даже в 30 раз. более.
15 инструментов SINQ используются не только в исследовательских проектах PSI, но также доступны национальным и международным пользователям.
ультрахолодных нейтронов ( УХН Источник )
С 2011 года компания PSI также эксплуатирует второй источник расщепленных нейтронов для генерации ультрахолодных нейтронов (УХН). [56] В отличие от SINQ, он импульсный и использует полный луч HIPA, но обычно только в течение 8 секунд каждые 5 минут. Дизайн аналогичен дизайну SINQ. Однако для охлаждения нейтронов в качестве холодного замедлителя используется замороженный дейтерий при температуре 5 Кельвинов (что соответствует −268 градусам Цельсия). Полученный УХН можно хранить на установке и наблюдать в течение нескольких минут в экспериментах.
Циклотрон КОМЕТА [ править ]
Этот сверхпроводящий циклотрон на 250 МэВ работает для протонной терапии с 2007 года и обеспечивает луч для лечения опухолей у онкологических больных. Это был первый в мире сверхпроводящий циклотрон, использовавшийся для протонной терапии. Раньше для этой цели выделялась часть протонного пучка от «Кольцевого циклотрона», но с 2007 года медучреждение самостоятельно производит собственный протонный пучок, который снабжает несколько станций облучения для терапии. [57] За это время были усовершенствованы и другие компоненты объекта, периферийное оборудование и системы управления, так что сегодня объект доступен более 98 процентов времени и имеет более 7000 часов работы в год.
Швейцарский источник света (SLS) [ править ]
Швейцарский источник света (SLS), [58] [59] электронный синхротрон , работает с 1 августа 2001 года. Он работает как своего рода комбинированный рентгеновский аппарат и микроскоп для проверки самых разных веществ. В кольцевой структуре электроны движутся по круговой траектории длиной 288 м, излучая синхротронное излучение в тангенциальном направлении. В общей сложности 350 магнитов удерживают электронный луч на своем пути и фокусируют его. Ускорительные полости обеспечивают постоянство скорости луча.
С 2008 года SLS является ускорителем с самым тонким электронным пучком в мире. Исследователи и техники PSI работали над этим восемь лет и неоднократно регулировали 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. [8]
В 2017 году новый инструмент в SLS позволил впервые заглянуть внутрь компьютерного чипа, не разрушив его. Стали видны такие структуры, как узкие линии электропередачи толщиной 45 нанометров и транзисторы высотой 34 нанометра. Эта технология позволяет производителям микросхем, например, легче проверять соответствие их продукции спецификациям. [60]
В настоящее время под рабочим названием «SLS 2.0» разрабатываются планы по модернизации SLS и созданию таким образом синхротронного источника света четвертого поколения. [61]
SwissFEL [ править ]
SwissFEL Лазер на свободных электронах был официально открыт 5 декабря 2016 года федеральным советником Иоганном Шнайдером-Амманном. первый луч В 2018 году введен в эксплуатацию АРАМИС. Второй пучок ATHOS планируется запустить осенью 2020 года. [62] В мире действуют только четыре сопоставимых объекта. [63]
Учебный центр [ править ]
Образовательный центр PSI имеет более чем 30-летний опыт обучения и обеспечения дальнейшего образования в технических и междисциплинарных областях. Ежегодно здесь обучается более 3000 участников. [64]
Центр предлагает широкий спектр курсов базовой и повышения квалификации 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 Федеральной инспекцией по ядерной безопасности Швейцарии (ENSI).
Он также проводит курсы базового и повышения квалификации для сотрудников PSI и заинтересованных лиц из домена ETH. курсы по развитию человеческих ресурсов (например, по управлению конфликтами С 2015 года также проводятся , семинары по лидерству, коммуникативным и передаваемым навыкам).
Качество Образовательного центра PSI сертифицировано (ISO 29990:2001).
Сотрудничество с промышленностью [ править ]
PSI владеет около 100 активными семействами патентов. [65] например, в медицине, с методами исследования протонной терапии рака или обнаружения прионов, причины коровьего бешенства . Другие семейства патентов относятся к фотонауке со специальными процессами литографии для структурирования поверхностей, к наукам об окружающей среде, к переработке редкоземельных элементов , к катализаторам или газификации биомассы, к материаловедению и к другим областям. PSI имеет собственное бюро по передаче технологий для патентов. [66] [67]
Например, были выданы патенты на детекторы, используемые в высокопроизводительных рентгеновских камерах, разработанных для швейцарского источника синхротронного света SLS, который можно использовать для исследования материалов на атомном уровне. Это послужило основой для основания компании DECTRIS , крупнейшего на сегодняшний день дочернего предприятия PSI. [68] В 2017 году компания Debiopharm из Лозанны лицензировала активное вещество 177Lu-PSIG-2, разработанное в Центре радиофармацевтических наук PSI. Это вещество эффективно при лечении рака щитовидной железы. В дальнейшем он будет дорабатываться под названием DEBIO 1124 с целью его одобрения и подготовки к выводу на рынок. Еще одно дочернее предприятие PSI, GratXray, работает с методом, основанным на фазовых контрастах в решеточной интерферометрии. Первоначально этот метод был разработан для характеристики синхротронного излучения и, как ожидается, станет золотым стандартом скрининга рака молочной железы. Новая технология уже использовалась в прототипе, разработанном PSI в сотрудничестве с Philips.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Бюджетный отчет Совета ETH для домена ETH на 2024 год» [Бюджетный отчет на 2024 год] (PDF) . Совет ETH (на немецком языке) . Проверено 26 февраля 2024 г.
- ^ Журнал PSI 5232 , выпуск 3/2018, стр. 39
- ^ Перейти обратно: а б «Кратко об Институте Пола Шеррера» . Проверено 28 февраля 2019 г.
- ^ "Факты и цифры" . Проверено 28 февраля 2019 г.
- ^ Вальтер Хагенбюхле (14 октября 2018 г.). «Институт Пола Шеррера проводит исследования, требующие выдержки, интервью с директором PSI Жоэлем Мезо» . Нью-Цюрих Таймс . Проверено 28 февраля 2019 г.
- ^ Флориан Имбах (08 января 2020 г.). «Оценка лотерейного фонда – особенно выигрывают крупные учреждения» . srf.ch. Проверено 8 января 2020 г.
- ^ Робин Шварценбах (15 октября 2018 г.). «Пол Шеррер – специалист ETH по будущим вопросам» . Нью-Цюрих Таймс . Проверено 28 февраля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «История ПСИ» . Проверено 28 февраля 2019 г.
- ^ Джеймс Кантер (25 мая 2011 г.). «Швейцария принимает решение о поэтапном отказе от ядерной энергии» . Газета "Нью-Йорк Таймс .
- ^ Леонид Лейва (15 января 2014 г.). «Как закрываются поры горных пород в глубоких хранилищах» . ПСИ . Проверено 28 февраля 2019 г.
- ^ «Протонная терапия в PSI» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ Бонани, Г. и др.: Определение возраста миллиграммовых образцов трупа ледника Эцталь с использованием метода ускорительной масс-спектрометрии (AMS). Отчет Международного симпозиума 1992 года в Инсбруке. В: Инсбрукский университет (издатель): Публикации Инсбрукского университета. Человек во льду. 187. Инсбрук 1992, с. 108-116
- ^ «Протон меньше, чем предполагалось, может переписать законы физики» . Национальная география . 09.07.2010. Архивировано из оригинала 9 декабря 2019 года . Проверено 12 августа 2020 г.
- ^ «Протоны – меньше, чем мы думали» . ПСИ. 08.07.2010 . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Пол Пивницкий (9 марта 2011 г.). «Расшифрованы основные структуры зрения» . ПСИ . Проверено 12 августа 2020 г.
- ^ «Наблюдение новой частицы с массой 125 ГэВ» . ПСИ. 04 июля 2012 г. Проверено 12 августа 2020 г.
- ^ «Швейцария накопила плутоний для четырех атомных бомб» . Тагес-Анцайгер . tagesanzeiger.ch. 28 февраля 2016 г. Проверено 12 августа 2020 г.
- ^ «Передача плутония в США. Это был плутоний оружейного качества?» . Федеральное собрание Швейцарии. 09.03.2016 . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Швейцарский плутоний не был оружейным» . Тагес-Анцайгер . tagesanzeiger.ch. 14 марта 2016 г. Проверено 12 августа 2020 г.
- ^ «Состоялась транспортировка распущенных федеральных хранилищ плутония в США» . Федеральный департамент экономики, образования и исследований. 26 февраля 2016 г. Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Лаура Хеннеманн (20 июля 2017 г.). «Погружение в магнит» . ПСИ . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Федеральный совет назначает Джан-Луку Бона членом правления ETH, а Тьерри Штрассле временно исполняющим обязанности директора PSI» . 14 декабря 2018 г. Проверено 12 августа 2020 г.
- ^ «Спин-офф компании» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ PSI-Magazine 5232 , выпуск 3/2018, стр. 8–20
- ^ «Материя и материал» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Исследования нейтронов и мюонов (НИМ)» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Обзор: Материя и материал» . Проверено 13 августа 2020 г.
- ^ «Слабая сторона протона» . 7 января 2013 года . Проверено 13 августа 2020 г.
- ^ «В поисках неуловимой белой вороны физики элементарных частиц» . Октябрь 2013 . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Разыскивая тайну материи» . 28 февраля 2020 г. Проверено 13 августа 2020 г.
- ^ «Исследования с мюонами» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Платформа ЕСИ» . Проверено 13 августа 2020 г.
- ^ Urs Baltensperger (2008-08-12). "Secondary organic aerosol formation in a smog chamber and its link to source apportionment in the real atmosphere" (PDF). PSI. Retrieved 2019-03-01.
- ^ «Северный Ледовитый океан 2018» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Чистая энергия для Китая» (PDF) . Энерги-Шпигель . ПСИ. 01.11.2006 . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Лечение рака протонной терапией» (PDF) . июль 2017 года . Проверено 13 августа 2020 г.
- ^ «Точечное сканирование» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Процедурные кабинеты» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ Сабина Гольдхан (21 апреля 2016 г.). «Удар по раку изнутри» . ПСИ . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Debiopharm International SA и Институт Пола Шеррера объявляют о лицензионном соглашении на разработку нового таргетного радиотерапевтического продукта в онкологии» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Этот радиоактивный препарат можно использовать только в течение 90 минут – и он до сих пор пользуется большим спросом» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Обзор: Здоровье человека» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Молекулярные ножницы стабилизируют цитоскелет клетки» . 24 июня 2019 г. Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ Прота, Андреа Э.; Баргстен, Катя; Зурверра, Дидье; Филд, Джессика Дж.; Диас, Хосе Фернандо; Альтманн, Карл-Хайнц; Штайнмец, Мишель О. (2013). «Молекулярный механизм действия противораковых агентов, стабилизирующих микротрубочки» . Наука . 339 (6119): 587–590. Бибкод : 2013Sci...339..587P . дои : 10.1126/science.1230582 . hdl : 10261/65758 . ПМИД 23287720 . S2CID 26824968 . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Биологический датчик света снят в действии» . 14 июня 2018 года . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Протонный ускоритель в Институте Пола Шеррера: сорок лет первоклассных исследований» . ПСИ. 24 февраля 2014 г. Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Ускоритель протонов PSI» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Лаура Хеннеманн (23 сентября 2014 г.). «Надежный тип из 1980-х» . ПСИ . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Инжектор 2: предварительный ускоритель протонов» . 21 июня 2017 года . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ «Ускоритель протонов PSI» . Проверено 1 июня 2020 г.
- ^ «Источник мюонов SμS» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Журнал PSI 5232 , выпуск 3/2018, стр. 6
- ^ «Исследования с мюонами» . Проверено 02 марта 2019 г.
- ^ «SINQ: Швейцарский источник расщепительных нейтронов» . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ «Исследование MEGAPIE после облучения – как радиохимическая аналитика помогает заглянуть внутрь мощной мишени откольного жидкого металла» . 14 сентября 2016 года . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ Бернхард Лаусс (2 марта 2012 г.). «Запуск источника ультрахолодных нейтронов высокой интенсивности в Институте Пауля Шеррера» (PDF) . ОСНОВНОЙ . Спрингер Наука . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ «КОМЕТА ЦИКЛОТРОН» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Институт Пола Шеррера (PSI): Swiss Lightsource SLS (домашняя страница)
- ^ «Швейцарский источник света SLS» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Пол Пивницкий (16 марта 2017 г.). «Трехмерное рентгеновское изображение делает видимыми мельчайшие детали компьютерного чипа» . ПСИ . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «SLS-2 – модернизация швейцарского источника света» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ Годовой отчет PSI , издание 2017 г., стр. 11.
- ^ Лаура Хеннеманн (07 декабря 2017 г.). «Первый эксперимент в SwissFEL прошел успешно» . ПСИ . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Обучение и дальнейшее образование в Образовательном центре PSI» . Проверено 01 марта 2019 г.
- ^ «Интеллектуальная собственность в PSI» . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ «Трансфер технологий в Институте Пауля Шеррера» . Проверено 2 июня 2020 г.
- ^ Журнал PSI 5232 , выпуск 2/2020.
- ^ Сабина Гольдхан (01 марта 2018 г.). «От исследователя к предпринимателю» (PDF) . Журнал PSI 5232 . ПСИ . Проверено 2 июня 2020 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Домен ETH
- 1988 г. заведения в Швейцарии
- Физические научно-исследовательские институты
- Нейтронные установки
- Исследовательские институты Швейцарии
- Объекты физики элементарных частиц
- Физика ускорителей
- Синхротронное излучение
- Институты, связанные с ЦЕРН
- Научно-исследовательские институты, основанные в 1988 году.