Институт Пауля Шеррера ( PSI ) — многопрофильный научно-исследовательский институт естественных и технических наук в Швейцарии. Он расположен в кантоне Ааргау в муниципалитетах Виллиген и Вюренлинген по обе стороны реки Ааре и занимает площадь более 35 гектаров. [2] Как и ETH Zurich и EPFL , PSI принадлежит к домену ETH Швейцарской Конфедерации. В PSI работают около 3000 человек. [3] Он проводит фундаментальные и прикладные исследования в области материи и материалов, здоровья человека, энергии и окружающей среды. Около 37% научно-исследовательской деятельности PSI сосредоточено на материаловедении, 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 установками и делает их доступными для национальных и международных научных сообществ. Например, в 2017 году более 2500 исследователей из 60 разных стран приехали в PSI, чтобы воспользоваться концентрацией крупномасштабных исследовательских установок в одном месте, что является уникальным явлением во всем мире. [3] Около 1900 экспериментов проводятся каждый год примерно на 40 измерительных станциях в этих установках. [5]
В последние годы институт был одним из крупнейших получателей денег из швейцарского лотерейного фонда. [6]
Институт, названный в честь швейцарского физика Пауля Шеррера , был создан в 1988 году, когда EIR ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , Швейцарский федеральный институт исследований реакторов, основанный в 1960 году) был объединен с SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Швейцарский институт ядерных исследований, основанный в 1968 году). Два института на противоположных берегах реки Ааре служили национальными исследовательскими центрами: один был сосредоточен на ядерной энергетике, а другой на ядерной физике и физике элементарных частиц. [7] С годами исследования в центрах расширились и в другие области, [8] и ядерная и реакторная физика составляет всего 11 процентов исследовательской работы в PSI сегодня. С тех пор как Швейцария решила в 2011 году поэтапно отказаться от ядерной энергетики, [9] эти исследования в первую очередь были связаны с вопросами безопасности, такими как безопасное хранение радиоактивных отходов в глубоком геологическом хранилище. [10]
С 1984 года PSI управляет (первоначально как SIN) центром протонной терапии для лечения пациентов с меланомами глаз и другими опухолями, расположенными глубоко внутри тела. Более 9000 пациентов прошли там лечение до настоящего времени (по состоянию на 2020 год). [11]
Институт также активно занимается космическими исследованиями. Например, в 1990 году инженеры PSI построили детектор телескопа EUVITA для российского спутника Spectrum XG, а позже также поставляли NASA и ESA детекторы для анализа радиации в космосе. В 1992 году физики использовали ускорительную масс-спектрометрию и радиоуглеродные методы для определения возраста Эци , мумии, найденной в леднике в Эцтальских Альпах годом ранее, по небольшим образцам всего в несколько миллиграммов костей, тканей и травы. [12] Их анализировали на ускорителе TANDEM на горе Хёнгерберг недалеко от Цюриха, который в то время совместно эксплуатировался ETH Zurich и PSI.
В 2009 году британский структурный биолог индийского происхождения Венкатраман Рамакришнан был удостоен Нобелевской премии по химии, среди прочего, за свои исследования в Synchrotron Light Source Switzerland (SLS). SLS является одним из четырех крупных исследовательских центров PSI. Его исследования там 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 в PSI использовала отрицательные мюоны для проведения нового измерения протона и обнаружила, что его радиус значительно меньше, чем считалось ранее: 0,84184 фемтометра вместо 0,8768. Согласно сообщениям прессы, этот результат был не только неожиданным, но и мог поставить под сомнение предыдущие модели в физике. [13] Измерения были возможны только с помощью ускорителя протонов PSI на 590 МэВ HIPA, поскольку его вторично сгенерированный 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 молекулы белка родопсина с помощью SLS. Этот оптический пигмент действует как своего рода датчик света и играет решающую роль в процессе зрения. [15]
Так называемый «баррельный пиксельный детектор», построенный в PSI, был центральным элементом детектора CMS в Женевском ядерном исследовательском центре CERN и, таким образом, участвовал в обнаружении бозона Хиггса. Это открытие, объявленное 4 июля 2012 года, было удостоено Нобелевской премии по физике год спустя. [16]
В январе 2016 года 20 килограммов плутония были вывезены из PSI в США. Согласно газетному сообщению, [17] у федерального правительства было секретное хранилище плутония, в котором материал хранился 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. [18] Идея заключалась скорее в том, чтобы использовать материал, полученный из переработанных топливных стержней исследовательского реактора Diorit, который работал с 1960 по 1977 год, для разработки нового поколения типов топливных элементов для атомных электростанций. [19] Однако этого так и не произошло. К тому времени, когда в 2011 году было принято решение о поэтапном отказе от ядерной энергетики, стало ясно, что в Швейцарии этот материал больше не будет использоваться. Федеральный совет принял решение на саммите по ядерной безопасности в 2014 году закрыть швейцарское хранилище плутония. Двустороннее соглашение между двумя странами означало, что плутоний затем может быть передан в США для дальнейшего хранения. [20]
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 для разработки лучших 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. Его пост временно занял физик и руководитель аппарата PSI Тьерри Штрассле с января 2019 года. [22] С 1 апреля 2020 года физик Кристиан Рюэгг является директором PSI. Ранее он возглавлял исследовательское подразделение PSI Neutrons and Muons.
За прошедшие годы было основано множество компаний-отпочкований PSI , чтобы сделать результаты исследований доступными для более широкого круга общественности. [23] Крупнейшей компанией-отпочкованием, насчитывающей 120 сотрудников, является DECTRIS AG , основанная в 2006 году в соседнем Бадене, которая специализируется 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 ответвлений PSI, такие как производитель металлоорганических каркасов novoMOF или разработчик лекарств leadXpro, обосновались недалеко от PSI в парке Innovaare, который был основан в 2015 году при поддержке нескольких компаний и кантона Ааргау. [24]
PSI разрабатывает, строит и эксплуатирует несколько ускорительных установок , например, сильноточный циклотрон на 590 МэВ , который в нормальном режиме работы обеспечивает ток пучка около 2,2 мА. PSI также эксплуатирует четыре крупномасштабных исследовательских установки: источник синхротронного света (SLS), который особенно блестящий и стабильный, источник нейтронов расщепления (SINQ), источник мюонов (SμS) и рентгеновский лазер на свободных электронах ( SwissFEL ). Это делает PSI в настоящее время (2020) единственным институтом в мире, который предоставляет четыре важнейших зонда для исследования структуры и динамики конденсированного вещества (нейтронов, мюонов и синхротронного излучения) на территории кампуса для международного сообщества пользователей. 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 объектов. Его основные направления включают:
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 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 масштабах от размера атома до объектов длиной в сантиметр. [26] Поэтому они служат идеальными зондами для изучения фундаментальных и прикладных исследовательских тем, таких как квантовые спиновые системы и их потенциал для применения в будущих компьютерных технологиях, функциональные возможности сложных липидных мембран и их использование для транспортировки и целенаправленного высвобождения лекарственных веществ, а также структура новых материалов для хранения энергии в качестве ключевых компонентов в интеллектуальных энергетических сетях.
В физике элементарных частиц исследователи PSI изучают 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, которые выходят за рамки Стандартной модели. Физика элементарных частиц в PSI имеет много рекордов, включая самое точное определение констант связи слабого взаимодействия и самое точное измерение радиуса заряда протона. [28] Некоторые эксперименты направлены на поиск эффектов, которые не предусмотрены в Стандартной модели, но которые могли бы исправить несоответствия в теории или разрешить необъяснимые явления из астрофизики и космологии. Их результаты до сих пор согласуются со Стандартной моделью. Примерами являются верхний предел, измеренный в эксперименте MEG гипотетического распада положительных мюонов на позитроны и фотоны [29] , а также постоянный электрический дипольный момент для нейтронов. [30]
Мюоны полезны не только в физике элементарных частиц, но и 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 значимые приложения, такие как солнечные элементы.
Исследователи PSI изучают все аспекты использования энергии с целью сделать энергоснабжение более устойчивым. Основные направления включают: новые технологии возобновляемых источников энергии , хранение энергии с низкими потерями, энергоэффективность , сжигание с низким загрязнением, топливные элементы , экспериментальная и модельная оценка энергетических и материальных циклов, воздействие производства и потребления энергии на окружающую среду, а также исследования в области ядерной энергетики , в частности, безопасность реакторов и управление отходами .
PSI управляет экспериментальной платформой ESI (Energy System Integration) для ответа на конкретные вопросы по сезонному хранению энергии и секторному сопряжению . Платформа может использоваться в исследованиях и промышленности для тестирования перспективных подходов к интеграции возобновляемых источников энергии в энергетическую систему — например, хранение избыточного электричества от солнечной или ветровой энергии в форме водорода или метана . [32]
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 премией Watt d'Or 2018 от Швейцарского федерального управления энергетики .
В PSI также поддерживается платформа для исследования катализаторов. Катализ является центральным компонентом в различных процессах преобразования энергии, например, в топливных элементах, электролизе воды и метанировании углекислого газа.
Для проверки выбросов загрязняющих веществ в ходе различных процессов производства энергии и поведения соответствующих веществ в атмосфере PSI также использует камеру для исследования смога. [33]
Еще одной областью исследований PSI является изучение влияния производства энергии на атмосферу на местном уровне, в том числе в Альпах, в полярных регионах Земли [34] и в Китае. [35]
Отделение ядерной энергетики и безопасности занимается поддержанием высокого уровня ядерной экспертизы и, таким образом, подготовкой ученых и инженеров в области ядерной энергетики. Например, PSI содержит одну из немногих лабораторий в Европе для исследования топливных стержней в коммерческих реакторах. Отделение тесно сотрудничает с ETH Zurich , EPFL и Университетом Берна , используя, например, их высокопроизводительные компьютеры или исследовательский реактор CROCUS в EPFL.
PSI является одним из ведущих учреждений в мире в области исследований и применения протонной терапии для лечения рака. С 1984 года Центр протонной терапии успешно лечит онкологических больных с помощью особой формы лучевой терапии. На сегодняшний день более 7500 пациентов с опухолями глаз прошли облучение (по состоянию на 2020 год). Успешность терапии глаз с использованием установки OPTIS составляет более 98 процентов. [36]
В 1996 году облучательная установка (Gantry 1) была впервые оборудована для использования так называемой техники точечного сканирования протонов, разработанной в PSI. С помощью этой техники опухоли глубоко внутри тела сканируются трехмерно с помощью протонного пучка шириной около 5-7 мм. Накладывая множество отдельных протонных пятен — около 10 000 пятен на литр объема — опухоль равномерно подвергается необходимой дозе облучения, которая контролируется индивидуально для каждого пятна. Это позволяет проводить чрезвычайно точное, однородное облучение, оптимально адаптированное к обычно нерегулярной форме опухоли. [37] Эта техника позволяет максимально сохранить окружающую здоровую ткань. Первая гантри работала для пациентов с 1996 по конец 2018 года. В 2013 году вторая гантри 2, разработанная в PSI, была введена в эксплуатацию, а в середине 2018 года была открыта еще одна лечебная станция, гантри 3. [38]
В области радиофармации инфраструктура PSI охватывает весь спектр. В частности, исследователи PSI занимаются очень маленькими опухолями, распределенными по всему телу. [39] Их нельзя лечить обычными методами радиотерапии. Однако с помощью протонных ускорителей и источника нейтронов SINQ в PSI были получены новые радионуклиды, применимые в медицине. При сочетании для терапии со специальными биомолекулами ( антителами ) терапевтические молекулы могут быть сформированы для избирательного и специфического обнаружения опухолевых клеток. Затем они маркируются 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 оно также разрушало 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 поставляет радиофармацевтические препараты местным больницам, 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 изучаются структура и функции биомолекул — предпочтительно с атомным разрешением. Исследователи PSI в первую очередь занимаются 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 лечить или предотвращать заболевания более эффективно. [42]
Например, PSI исследует структуру микротрубочек , нитевидных структур, которые, среди прочего, разрывают хромосомы во время деления клеток. Они состоят из длинных белковых цепей. Когда химиотерапия используется для лечения рака, она нарушает сборку или разрыв этих цепей, 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 противораковые препараты должны атаковать микротрубочки. [43] [44] С помощью рентгеновского лазера на свободных электронах SwissFEL от PSI , который был открыт в 2016 году, исследователи смогли проанализировать динамические процессы в биомолекулах с чрезвычайно высоким временным разрешением — менее одной триллионной секунды (пикосекунды). [45] Например, они обнаружили, как определенные белки в фоторецепторах сетчатки наших глаз активируются светом.
В то время как протонный ускоритель PSI , который был введен в эксплуатацию в 1974 году, в первую очередь использовался в первые дни для физики элементарных частиц , сегодня основное внимание уделяется приложениям для физики твердого тела , радиофармацевтики и терапии рака. [8] С момента начала эксплуатации он постоянно совершенствовался, и его производительность сегодня составляет целых 2,4 мА, что в 24 раза выше первоначальных 100 мкА. [46] Вот почему установка теперь считается высокопроизводительным протонным ускорителем, или сокращенно HIPA (High Intensity Proton Accelerator). В основном он состоит из трех ускорителей, соединенных последовательно: ускоритель Кокрофта-Уолтона, циклотрон-инжектор-2 и кольцевой циклотрон. Они ускоряют протоны примерно до 80 процентов скорости света . [47]
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, а затем подвергаются дальнейшему напряжению 810 киловольт в ускорительной трубке. Оба напряжения подаются ускорителем Кокрофта-Уолтона . При общем напряжении 870 киловольт протоны разгоняются до скорости 46 миллионов км/ч или 4 процента от скорости света. [48] Затем протоны подаются в Инжектор-2.
С помощью Injector-1 можно было достичь рабочих токов 170 мкА и пиковых токов 200 мкА. Он также использовался для экспериментов с низкой энергией, для глазной терапии OPTIS и для эксперимента LiSoR в проекте MEGAPIE. С 1 декабря 2010 года этот кольцевой ускоритель был выведен из эксплуатации.
Injector-2, введенный в эксплуатацию в 1984 году и разработанный компанией SIN, заменил Injector-1 в качестве инжекционной машины для кольцевого циклотрона на 590 МэВ. Первоначально можно было попеременно использовать Injector-1 и Injector-2, но теперь для подачи протонного пучка в кольцо используется только Injector-2. Новый циклотрон позволил увеличить ток пучка с 1 до 2 мА, что стало абсолютным рекордным значением для 1980-х годов. Сегодня Injector-2 обеспечивает ток пучка ≈ 2,2 мА в обычном режиме работы и 2,4 мА в режиме сильноточного режима работы при 72 МэВ, что составляет около 38 процентов скорости света. [49]
Первоначально два резонатора работали на частоте 150 МГц в режиме плоской вершины, чтобы обеспечить четкое разделение протонных орбит, но теперь они также используются для ускорения. Часть извлеченного пучка протонов 72 МэВ может быть отделена для производства изотопов , в то время как основная часть подается в кольцевой циклотрон для дальнейшего ускорения.
Как и Injector-2, Ring Cyclotron, имеющий окружность около 48 м, был введен в эксплуатацию в 1974 году. Он был специально разработан в SIN и является сердцем ускорительных установок протонов PSI. Протоны ускоряются до 80 процентов скорости света на трассе длиной около 4 км, которую протоны покрывают внутри кольца за 186 кругов. Это соответствует кинетической энергии 590 МэВ. [50] В мире существует только три таких кольца, а именно: TRIUMF в Ванкувере, Канада; LAMPF в Лос-Аламосе, США; и одно в PSI. TRIUMF достиг только токов пучка 500 мкА, а LAMPF 1 мА.
В дополнение к четырем первоначальным полостям в 1979 году была добавлена пятая полость меньшего размера. Она работает на частоте 150 мегагерц как полость с плоской вершиной и позволила значительно увеличить количество извлекаемых частиц. С 2008 года все старые алюминиевые полости кольцевого циклотрона были заменены новыми медными полостями. Они обеспечивают более высокие амплитуды напряжения и, следовательно, большее ускорение протонов за один оборот. Таким образом, число оборотов протонов в циклотроне может быть уменьшено примерно 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 самым мощным непрерывным ускорителем частиц в мире. Мощный протонный пучок мощностью 1,3 МВт направляется в сторону источника мюонов (SμS) и источника нейтронов расщепления (SINQ).
В середине большого экспериментального зала протонный пучок кольцевого циклотрона сталкивается с двумя мишенями – кольцами углерода . Во время столкновений протонов с атомными ядрами углерода сначала образуются пионы , которые затем распадаются на мюоны примерно за 26 миллиардных секунды. Затем магниты направляют эти мюоны в приборы, используемые в материаловедении и физике элементарных частиц. [51] Благодаря чрезвычайно высокому протонному току кольцевого циклотрона, источник мюонов способен генерировать самые интенсивные в мире мюонные пучки. [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 каналов пучка, 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 при очень низкой энергии всего в несколько килоэлектронвольт — благодаря высокой интенсивности мюонов источника мюонов и специальному процессу. Получающиеся мюоны достаточно медленные, чтобы их можно было использовать для анализа тонких слоев материалов и поверхностей. [53] Для таких исследований доступны шесть измерительных станций (FLAME (с 2021 года), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 и LEM) с приборами для широкого спектра применений.
Физики, изучающие элементарные частицы, используют некоторые из пучковых каналов для проведения высокоточных измерений с целью проверки пределов Стандартной модели.
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] В дополнение к тепловым нейтронам замедлитель из жидкого дейтерия также позволяет производить медленные нейтроны, которые имеют более низкий энергетический спектр .
MEGAPIE Target ( Megawatt Pilot - Experiment ) был введен в эксплуатацию летом 2006 года. Заменив твердую мишень на мишень из свинцово-висмутовой эвтектики , выход нейтронов удалось увеличить еще примерно на 80%. [ 55]
Поскольку утилизация мишени MEGAPIE обошлась бы очень дорого, в 2009 году PSI решила не производить еще одну такую мишень, а вместо этого продолжить разработку твердой мишени, поскольку она уже доказала свою ценность. На основе результатов проекта MEGAPIE можно было получить почти такое же увеличение выхода нейтронов при работе с твердой мишенью.
SINQ был одним из первых объектов, использовавших специально разработанные оптические направляющие системы для транспортировки медленных нейтронов. Металлизированные стеклянные каналы направляют нейтроны на большие расстояния (несколько десятков метров) посредством полного отражения, аналогичного направлению света в стеклянных волокнах, с низкой потерей интенсивности. Эффективность этих нейтроноводов неуклонно росла с развитием производственных технологий. Вот почему PSI решила провести комплексную модернизацию в 2019 году. Когда SINQ снова вступит в эксплуатацию летом 2020 года, он сможет обеспечить в среднем в пять раз больше нейтронов для экспериментов, а в особом случае даже в 30 раз больше.
15 инструментов SINQ используются не только в исследовательских проектах PSI, но также доступны для национальных и международных пользователей.
С 2011 года PSI также эксплуатирует второй источник нейтронов расщепления для генерации ультрахолодных нейтронов (УХН). [56] В отличие от SINQ, он импульсный и использует полный пучок HIPA, но обычно только в течение 8 секунд каждые 5 минут. Конструкция похожа на конструкцию SINQ. Однако для охлаждения нейтронов он использует замороженный дейтерий при температуре 5 Кельвинов (что соответствует −268 градусам Цельсия) в качестве холодного замедлителя. Генерируемый УХН можно хранить в установке и наблюдать в течение нескольких минут в экспериментах.
Этот сверхпроводящий циклотрон на 250 МэВ работает для протонной терапии с 2007 года и обеспечивает пучок для лечения опухолей у онкологических больных. Это был первый сверхпроводящий циклотрон в мире, который использовался для протонной терапии. Ранее часть протонного пучка из кольцевого циклотрона отделялась для этой цели, но с 2007 года медицинское учреждение производит свой собственный протонный пучок независимо, который поставляет несколько станций облучения для терапии. [57] Другие компоненты установки, периферийное оборудование и системы управления также были улучшены за это время, так что сегодня установка доступна более 98 процентов времени с более чем 7000 часов работы в год.
Швейцарский источник света (SLS), [58] [59] электронный синхротрон , находится в эксплуатации с 1 августа 2001 года. Он работает как своего рода комбинированный рентгеновский аппарат и микроскоп для просвечивания самых разных веществ. В круговой структуре электроны движутся по круговой траектории 288 м в окружности, испуская синхротронное излучение в тангенциальном направлении. Всего 350 магнитов удерживают электронный луч на его курсе и фокусируют его. Ускорительные полости обеспечивают постоянную скорость луча.
С 2008 года SLS является ускорителем с самым тонким электронным пучком в мире. Исследователи и техники PSI работали над этим в течение восьми лет и неоднократно настраивали каждый из многочисленных 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 впервые позволил заглянуть внутрь компьютерного чипа, не разрушая его. Стали видны такие структуры, как узкие линии электропередач толщиной 45 нанометров и транзисторы высотой 34 нанометра. Эта технология позволяет производителям чипов, например, легче проверять, соответствуют ли их продукты спецификациям. [60]
В настоящее время под рабочим названием «SLS 2.0» разрабатываются планы по модернизации SLS и созданию таким образом источника синхротронного света четвертого поколения. [61]
SwissFEL - лазер на свободных электронах был официально открыт 5 декабря 2016 года федеральным советником Иоганном Шнайдером-Амманном. В 2018 году был введен в эксплуатацию первый канал ARAMIS. Второй канал ATHOS планируется запустить осенью 2020 года. [62] Во всем мире действуют только четыре сопоставимых объекта. [63]
Образовательный центр PSI имеет более чем 30-летний опыт обучения и предоставления дополнительного образования в технических и междисциплинарных областях. Он обучает более 3000 участников ежегодно. [64]
Центр предлагает широкий спектр базовых и продвинутых курсов обучения как для профессионалов, так и для других лиц, работающих с ионизирующим излучением или радиоактивными материалами. Курсы, на которых участники приобретают соответствующие знания, признаны Федеральным ведомством общественного здравоохранения (FOPH) и Швейцарской федеральной инспекцией по ядерной безопасности (ENSI).
Он также проводит базовые и продвинутые курсы обучения для сотрудников PSI и заинтересованных лиц из ETH Domain. С 2015 года также проводятся курсы по развитию человеческих ресурсов (такие как управление конфликтами , семинары по лидерству, коммуникация и передаваемые навыки).
Качество Образовательного центра PSI сертифицировано (ISO 29990:2001).
PSI имеет около 100 активных патентных семейств [65] , например, в медицине, с исследовательскими методами протонной терапии против рака или для обнаружения прионов, причины коровьего бешенства . Другие патентные семейства находятся в 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 материаловедении и в других областях. PSI поддерживает свой собственный офис передачи технологий для патентов. [66] [67]
Например, были выданы патенты на детекторы, используемые в высокопроизводительных рентгеновских камерах, разработанных для швейцарского источника синхротронного света SLS, которые можно использовать для исследования материалов на атомном уровне. Они послужили основой для основания компании DECTRIS , крупнейшего на сегодняшний день спин-оффа, возникшего из PSI. [68] В 2017 году компания Debiopharm из Лозанны лицензировала активное вещество 177Lu-PSIG-2, которое было разработано в Центре радиофармацевтических наук в PSI. Это вещество эффективно при лечении одного из видов рака щитовидной железы. Его планируется доработать под названием DEBIO 1124 с целью его одобрения и подготовки к выходу на рынок. Другой спин-офф 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 молочной железы. Новая технология уже была использована в прототипе, разработанном PSI совместно с Philips.
47°32′10″N 8°13′22″E / 47.53611°N 8.22278°E / 47.53611; 8.22278
