Paul Scherrer Enstitüsü - Paul Scherrer Institute

Paul Scherrer Enstitüsü.svg

Paul Scherrer Enstitüsü ( PSI ) bir olan çok disiplinli araştırma enstitüsü için doğal ve mühendislik bilimleri İsviçre. Bu yer almaktadır Aargau belediyelerinde Villigen ve Würenlingen Nehri her iki tarafında Aare ve büyüklüğü 35 hektar üzerinde bir alanı kaplamaktadır. Gibi ETH Zürih ve epfl , PSI aittir Teknoloji Domain İsviçre Federal Enstitüleri İsviçre Konfederasyonu. PSI yaklaşık 2.100 kişiyi istihdam etmektedir. Madde ve malzemeler, insan sağlığı, enerji ve çevre alanlarında temel ve uygulamalı araştırmalar yapar . PSI'nin araştırma faaliyetlerinin yaklaşık %37'si malzeme bilimlerine, %24'ü yaşam bilimlerine, %19'u genel enerjiye, %11'i nükleer enerji ve güvenlik üzerine ve %9'u parçacık fiziğine odaklanmaktadır.

PSI, büyük ve karmaşık araştırma tesisleri geliştirir, inşa eder ve işletir ve bunları ulusal ve uluslararası bilimsel toplulukların kullanımına sunar. Örneğin 2017'de 60 farklı ülkeden 2.500'den fazla araştırmacı, dünya çapında benzeri olmayan büyük ölçekli araştırma tesislerinin aynı yerde yoğunlaşmasından yararlanmak için PSI'ye geldi. Bu tesislerdeki yaklaşık 40 ölçüm istasyonunda her yıl yaklaşık 1.900 deney yapılmaktadır.

Son yıllarda enstitü, İsviçre piyango fonundan en çok para alan kurumlardan biri oldu.

Tarih

Adını İsviçreli fizikçi Paul Scherrer'den alan enstitü, 1988 yılında EIR'nin ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , İsviçre Federal Reaktör Araştırma Enstitüsü, 1960'da kuruldu) SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , İsviçre Nükleer Araştırma Enstitüsü, 1968 yılında kurulmuştur). Aare Nehri'nin karşı taraflarındaki iki enstitü, ulusal araştırma merkezleri olarak hizmet etti: biri nükleer enerjiye, diğeri nükleer ve parçacık fiziğine odaklandı. Yıllar geçtikçe, merkezlerdeki araştırmalar diğer alanlara da yayıldı ve nükleer ve reaktör fiziği, bugün PSI'daki araştırma çalışmalarının sadece yüzde 11'ini oluşturuyor. İsviçre 2011'de nükleer enerjiyi aşamalı olarak kaldırmaya karar verdiğinden, bu araştırma öncelikle radyoaktif atıkların derin bir jeolojik depoda nasıl güvenli bir şekilde depolanacağı gibi güvenlik sorularıyla ilgilendi.

PSI, İsviçre'nin Aargau Kantonunda, Aare Nehri'nin sağ ve sol kıyısında yer almaktadır.

1984'ten beri PSI, göz melanomları ve vücudun derinliklerinde bulunan diğer tümörleri olan hastaları tedavi etmek için Proton Terapi Merkezi'ni (başlangıçta SIN olarak) işletiyor . Şimdiye kadar 9.000'den fazla hasta orada tedavi edildi (durum 2020).

Enstitü uzay araştırmalarında da aktiftir. Örneğin, 1990'da PSI mühendisleri, Rus uydusu Spectrum XG için EUVITA teleskopunun dedektörünü yaptı ve daha sonra NASA ve ESA'ya uzaydaki radyasyonu analiz etmek için dedektörler sağladı. 1992'de fizikçiler , bir yıl önce Ötztal Alpleri'ndeki bir buzulda bulunan mumya olan Ötzi'nin yaşını , sadece birkaç miligram kemik, doku ve ottan oluşan küçük örneklerden belirlemek için hızlandırıcı kütle spektrometrisi ve radyokarbon yöntemlerini kullandılar . Bunlar, Zürih yakınlarındaki Hönggerberg'de o sırada ETH Zürih ve PSI tarafından ortaklaşa işletilen TANDEM hızlandırıcısında analiz edildi .

2009 yılında, Hindistan doğumlu İngiliz yapısal biyolog Venkatraman Ramakrishnan , diğer şeylerin yanı sıra Synchrotron Işık Kaynağı İsviçre'deki (SLS) araştırması nedeniyle Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü. SLS, PSI'nin dört büyük ölçekli araştırma tesisinden biridir. Oradaki araştırmaları, Ramakrishnan'ın ribozomların neye benzediğini ve bireysel moleküller düzeyinde nasıl işlev gördüklerini netleştirmesini sağladı . Ribozomlar, genlerde kodlanan bilgileri kullanarak canlı organizmalardaki birçok kimyasal süreci kontrol eden proteinler üretir .

2010 yılında, PSI araştırmacıların uluslararası bir ekip negatif kullanılan muonlar protonun yeni ölçümünü gerçekleştirmek ve yarıçapı önce düşünüldüğünden çok daha küçük olduğu tespit: 0,84184 femtometers yerine 0.8768 arasında. Basında çıkan haberlere göre bu sonuç sadece şaşırtıcı değil, aynı zamanda fizikteki önceki modelleri de sorgulayabilirdi. Ölçümler, yalnızca PSI'nın 590 MeV proton hızlandırıcısı HIPA ile mümkün oldu, çünkü ikincil olarak üretilen müon ışını, deneyi yürütmek için dünya çapında yeterince yoğun olan tek ışınıdır.

2011 yılında, PSI ve başka yerlerden araştırmacılar, SLS yardımıyla protein molekülü rodopsin'in temel yapısını deşifre etmeyi başardılar. Bu optik pigment, bir tür ışık sensörü görevi görür ve görme sürecinde belirleyici bir rol oynar.

PSI'da inşa edilen sözde 'varil piksel dedektörü' , Cenevre nükleer araştırma merkezi CERN'deki CMS dedektörünün merkezi bir unsuruydu ve bu nedenle Higgs bozonunun tespitinde yer aldı. 4 Temmuz 2012'de açıklanan bu keşif, bir yıl sonra Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Ocak 2016'da ABD'ye PSI'dan 20 kilogram plütonyum alındı. Bir gazete haberine göre, federal hükümetin, 1960'lardan beri planlandığı gibi bir atom bombası inşa etmek için malzemenin tutulduğu gizli bir plütonyum depolama tesisi vardı. Federal Konsey, malzemenin plütonyum-239 içeriğinin yüzde 92'nin altında olduğunu koruyarak bunu reddetti, bu da silah sınıfı malzeme olmadığı anlamına geliyordu. Buradaki fikir, 1960'tan 1977'ye kadar işletilen Diorit araştırma reaktörünün yeniden işlenmiş yakıt çubuklarından elde edilen materyali nükleer santraller için yeni nesil yakıt elemanı türleri geliştirmek için kullanmaktı. Ancak bu asla olmadı. 2011'de nükleer enerjinin aşamalı olarak kaldırılmasına karar verildiğinde, bu malzemenin İsviçre'de artık kullanılmadığı anlaşılmıştı. Federal Konsey , 2014 yılında Nükleer Güvenlik Zirvesi'nde İsviçre plütonyum depolama tesisini kapatmaya karar verdi . İki ülke arasındaki ikili anlaşma, plütonyumun daha fazla depolama için ABD'ye transfer edilebileceği anlamına geliyordu.

PSI-Yöneticileri
Terim Müdür
1988–1990 Jean-Pierre Blaser
1990–1991 Anton Menth
1991–1992 Wilfred Hirt (Geçici)
1992-2002 Meinrad Eberle
2002–2007 Ralph Eichler
2007–2008 Martin Jermann (Geçici)
2008–2018 Joël Mesot
2019–2020 Thierry Strassle (Geçici)
1 Nisan 2020'den beri Christian Rüegg

Temmuz 2017'de, üç boyutlu bir manyetik nesne içindeki manyetizasyonun üç boyutlu hizalanması araştırılmış ve malzemeyi etkilemeden SLS yardımı ile görselleştirilmiştir. Teknolojinin, örneğin motorlar veya veri depolama için daha iyi mıknatıslar geliştirmede faydalı olması bekleniyor.

Uzun süredir PSI Direktörü olan Joël François Mesot (2008-2018), 2018 sonunda ETH Zürih Başkanı seçildi. Görevi, Ocak 2019'dan itibaren fizikçi ve PSI Genelkurmay Başkanı Thierry Strässle tarafından geçici olarak devralındı. 1 Nisan 2020, fizikçi Christian Rüegg, PSI Direktörü oldu. Daha önce PSI araştırma bölümü Nötronlar ve Müonlar'ın başkanıydı.

Araştırma bulgularını daha geniş toplumun kullanımına sunmak için yıllar içinde çok sayıda PSI şirketi kuruldu. 120 çalışanı ile en büyük yan şirket, 2006 yılında Baden yakınlarında kurulan ve X-ray dedektörlerinin geliştirilmesi ve pazarlanmasında uzmanlaşmış DECTRIS AG'dir. Nötron araştırma tesisleri için optik bileşenler satan Klingnau'daki SwissNeutronics AG, 1999 gibi erken bir tarihte kuruldu. NovoMOF metal-organik çerçevelerinin üreticisi veya ilaç geliştiricisi leadXpro gibi son zamanlardaki birkaç PSI yan kuruluşu, Park'ta PSI'ye yakın bir yere yerleşti. 2015 yılında birkaç şirketin ve Aargau Kantonunun desteğiyle kurulan Innovaare.

Würenlingen'deki PSI East'teki PSI yönetim binası

Araştırma ve uzmanlık alanları

PSI, birkaç hızlandırıcı tesisi geliştirir, inşa eder ve işletir , örn. G. 590 MeV yüksek akımlı bir siklotron , normal çalışmada yaklaşık 2,2 mA'lık bir ışın akımı sağlar. PSI ayrıca dört büyük ölçekli araştırma tesisi işletmektedir: özellikle parlak ve kararlı olan bir senkrotron ışık kaynağı (SLS), bir parçalanma nötron kaynağı (SINQ), bir müon kaynağı (SμS) ve bir X-ışını serbest elektron lazeri ( SwissFEL). ). Bu, PSI'yi şu anda (2020) uluslararası kullanıcı topluluğu için bir kampüste yoğunlaştırılmış maddenin (nötronlar, müonlar ve senkrotron radyasyonu) yapısını ve dinamiklerini araştırmak için en önemli dört sondayı sağlayan dünyadaki tek enstitü yapmaktadır . Ek olarak, HIPA'nın hedef tesisleri ayrıca muon kaynağını besleyen pionlar üretir ve Ultracold Neutron kaynağı UCN çok yavaş, ultracold nötronlar üretir. Tüm bu parçacık türleri, parçacık fiziğinde araştırma yapmak için kullanılır.

PSI'da araştırmalar bu tesisler yardımıyla yürütülmektedir. Odak alanları şunları içerir:

Madde ve Malzeme

İnsanların çalıştığı tüm malzemeler atomlardan oluşur . Atomların etkileşimi ve dizilişleri bir malzemenin özelliklerini belirler. PSI'daki madde ve malzeme alanındaki araştırmacıların çoğu, farklı malzemelerin iç yapısının gözlemlenebilir özellikleriyle nasıl ilişkili olduğu hakkında daha fazla şey öğrenmek istiyor. Bu alandaki temel araştırmalar, örneğin elektrik mühendisliği , tıp , telekomünikasyon , mobilite , yeni enerji depolama sistemleri, kuantum bilgisayarlar ve spintronik gibi çok çeşitli uygulamalarla yeni malzemelerin geliştirilmesine katkıda bulunur . Araştırılan fenomenler arasında süperiletkenlik , ferro- ve anti ferromanyetizma , spin sıvıları ve topolojik yalıtkanlar yer alır .

Nötronlar, PSI'da malzeme araştırmaları için yoğun olarak kullanılmaktadır, çünkü atomların boyutundan bir santimetre uzunluğundaki nesnelere kadar değişen bir ölçekte malzemelerin iç kısmına benzersiz ve tahribatsız erişim sağlarlar. Bu nedenle, kuantum döndürme sistemleri ve gelecekteki bilgisayar teknolojilerinde uygulama potansiyelleri, karmaşık lipid membranların işlevleri ve bunların ilaç maddelerinin taşınması ve hedefli salınımı için kullanımları gibi temel ve uygulamalı araştırma konularını araştırmak için ideal problar olarak hizmet ederler. akıllı enerji ağlarında anahtar bileşenler olarak enerji depolama için yeni malzemelerin yapısı olarak.

Gelen parçacık fiziği , PSI araştırmacıları maddenin en iç katmanlarının yapısını ve özelliklerini araştıran ve onlara ne bir arada tutan edilir. Müonlar, pionlar ve ultra-soğuk nötronlar, temel parçacıkların Standart Modelini test etmek, temel doğal sabitleri belirlemek ve Standart Modelin ötesine geçen teorileri test etmek için kullanılır. PSI'daki parçacık fiziği , zayıf etkileşimin bağlantı sabitlerinin en kesin olarak belirlenmesi ve protonun yük yarıçapının en doğru ölçümü dahil olmak üzere birçok kayıt tutar . Bazı deneyler, Standart Model'de öngörülmeyen, ancak teorideki tutarsızlıkları düzeltebilecek veya astrofizik ve kozmolojiden açıklanamayan fenomenleri çözebilecek etkileri bulmayı amaçlar. Şimdiye kadar elde ettikleri sonuçlar Standart Model ile aynı fikirde. Örnekler, pozitif müonların pozitronlara ve fotonlara varsayımsal bozunmasının yanı sıra nötronlar için kalıcı elektrik dipol momentinin MEG deneyinde ölçülen üst limiti içerir .

Müonlar sadece parçacık fiziğinde değil, aynı zamanda katı hal fiziğinde ve malzeme biliminde de faydalıdır. Müon sıkma spektroskopisi yöntemi (μSR) sıra manyetik ve süper-iletken malzemenin temel özelliklerini araştırmak için kullanılan yarı iletkenlerin , izolatörler ve güneş hücreleri için teknolojik olarak ilgili uygulamalar da dahil olmak üzere yarı iletken yapıları.

Enerji ve Çevre

PSI araştırmacıları, enerji kaynaklarını daha sürdürülebilir kılmak amacıyla enerji kullanımının tüm yönlerini ele alıyor. Odak alanları şunları içerir: yenilenebilir enerjiler için yeni teknolojiler , düşük kayıplı enerji depolama, enerji verimliliği , düşük kirlilikte yanma, yakıt hücreleri , enerji ve malzeme döngülerinin deneysel ve modele dayalı değerlendirmesi, enerji üretimi ve tüketiminin çevresel etkileri ve nükleer enerji araştırma, özellikle reaktör güvenliği ve atık yönetimi .

PSI, mevsimsel enerji depolama ve sektör eşleşmesi ile ilgili belirli soruları yanıtlamak için ESI (Enerji Sistemi Entegrasyonu) deneysel platformunu işletir . Platform, yenilenebilir enerjileri enerji sistemine entegre etmeye yönelik umut verici yaklaşımları test etmek için araştırma ve endüstride kullanılabilir - örneğin, güneş veya rüzgar enerjisinden gelen fazla elektriği hidrojen veya metan şeklinde depolamak .

PSI'da biyoatıktan önemli ölçüde daha fazla metan gazı çıkarmak için bir yöntem geliştirildi ve Zürih enerji şirketi Energie 360° ile birlikte ESI platformunun yardımıyla başarıyla test edildi. Ekip, İsviçre Federal Enerji Ofisi tarafından 2018 Watt d'Or ödülüne layık görüldü .

PSI'da katalizör araştırması için bir platform da bulunmaktadır. Kataliz , örneğin yakıt hücreleri, su elektrolizi ve karbondioksitin metanasyonu gibi çeşitli enerji dönüşüm süreçlerinde merkezi bir bileşendir.

Çeşitli enerji üretim süreçlerinin kirletici emisyonlarını ve buna karşılık gelen maddelerin atmosferdeki davranışını test etmek için PSI ayrıca bir duman odası çalıştırır.

PSI'daki bir başka araştırma alanı, enerji üretiminin, Alpler, Dünya'nın kutup bölgeleri ve Çin de dahil olmak üzere yerel olarak atmosfer üzerindeki etkileri üzerinedir.

Nükleer Enerji ve Güvenlik Bölümü, kendini iyi bir nükleer uzmanlık düzeyini korumaya ve dolayısıyla bilim adamları ve mühendisleri nükleer enerji konusunda eğitmeye adamıştır . Örneğin, PSI , ticari reaktörlerdeki yakıt çubuklarını araştırmak için Avrupa'daki birkaç laboratuvardan birine sahiptir . Bölüm , örneğin yüksek performanslı bilgisayarlarını veya EPFL'deki CROCUS araştırma reaktörünü kullanarak ETH Zürih , EPFL ve Bern Üniversitesi ile yakın bir şekilde çalışır .

İnsan sağlığı

PSI, kanser tedavisi için proton tedavisinin araştırılması ve uygulanmasında dünya çapında önde gelen kurumlardan biridir . 1984'ten beri Proton Terapi Merkezi, kanser hastalarını özel bir radyasyon tedavisi formuyla başarılı bir şekilde tedavi etmektedir. Bugüne kadar, oküler tümörlü 7500'den fazla hasta ışınlanmıştır (durum 2020). OPTIS tesisi kullanılarak yapılan göz tedavisinin başarı oranı yüzde 98'in üzerindedir.

1996 yılında, PSI'da geliştirilen nokta taramalı proton tekniğini kullanmak için ilk kez bir ışınlama ünitesi (Gantry 1) donatıldı. Bu teknikle vücudun derinliklerindeki tümörler, yaklaşık 5 ila 7 mm genişliğinde bir proton ışını ile üç boyutlu olarak taranır. Birçok bireysel proton noktasının (litre hacim başına yaklaşık 10.000 nokta) üst üste bindirilmesiyle, tümör, her nokta için ayrı ayrı izlenen gerekli radyasyon dozuna eşit olarak maruz bırakılır. Bu, tümörün genellikle düzensiz şekline en uygun şekilde uyarlanmış son derece hassas, homojen bir ışınlamaya izin verir. Teknik, çevredeki sağlıklı dokunun mümkün olduğunca korunmasını sağlar. İlk portal, 1996'dan 2018'in sonuna kadar hastalar için operasyondaydı. 2013'te PSI'da geliştirilen ikinci Gantry 2 devreye girdi ve 2018'in ortalarında başka bir tedavi istasyonu olan Gantry 3 açıldı.

Radyoeczacılık alanında, PSI'ın altyapısı tüm spektrumu kapsamaktadır. Özellikle, PSI araştırmacıları, vücuda dağılmış çok küçük tümörlerle mücadele ediyor. Bunlar normal radyoterapi teknikleri ile tedavi edilemez. Bununla birlikte, PSI'da proton hızlandırıcıların ve nötron kaynağı SINQ'nun yardımıyla tıbbi olarak uygulanabilir yeni radyonüklidler üretilmiştir. Antikorlar olarak adlandırılan özel biyomoleküllerle tedavi için birleştirildiğinde , tümör hücrelerini seçici ve spesifik olarak tespit etmek için terapötik moleküller oluşturulabilir. Bunlar daha sonra bir radyoaktif izotop ile etiketlenir. Radyasyonu, tümörlerin ve metastazlarının teşhisini sağlayan SPECT veya PET gibi görüntüleme teknikleri ile lokalize edilebilir . Ayrıca tümör hücrelerini de yok edecek şekilde dozlanabilir. PSI'da bu tür birkaç radyoaktif madde geliştirilmiştir. Şu anda üniversiteler, klinikler ve ilaç endüstrisi ile yakın işbirliği içinde klinik deneylerde test ediliyorlar. PSI ayrıca gerekirse yerel hastanelere radyofarmasötik tedarik eder.

Synchrotron Işık Kaynağı İsviçre'nin (SLS) açılışından bu yana, yapısal biyoloji, insan sağlığı alanındaki araştırmaların bir başka odak noktası olmuştur. Burada biyomoleküllerin yapısı ve işlevi araştırılmaktadır - tercihen atomik çözünürlükte. PSI araştırmacıları öncelikle proteinlerle ilgilenmektedir. Her canlı hücre, örneğin metabolize edebilmek, sinyalleri alabilmek ve iletebilmek veya bölünebilmek için bu moleküllerden sayısıza ihtiyaç duyar. Amaç, bu yaşam süreçlerini daha iyi anlamak ve böylece hastalıkları daha etkin bir şekilde tedavi edebilmek veya önleyebilmektir.

Örneğin, PSI, diğer şeylerin yanı sıra hücre bölünmesi sırasında kromozomları ayıran mikrotübüller olarak adlandırılan filamentli yapıların yapısını araştırıyor . Uzun protein zincirlerinden oluşurlar. Kemoterapi kanseri tedavi etmek için kullanıldığında, bu zincirlerin bir araya gelmesini veya parçalanmasını bozar, böylece kanser hücreleri artık bölünemez. Araştırmacılar, kanser ilaçlarının mikrotübüllere tam olarak nerede saldırması gerektiğini bulmak için bu proteinlerin yapısını ve nasıl değiştiklerini yakından gözlemliyorlar. PSI'nin yardımıyla SwissFEL 2016 yılında açıldı, serbest elektron röntgen lazer, araştırmacılar son derece yüksek zaman çözünürlüğü ile Biyomoleküllerde dinamik süreçleri analiz etmek mümkün olmuştur - Bir saniye (pikosaniyelik) trilyonda az. Örneğin, gözümüzün retinasındaki fotoreseptörlerdeki belirli proteinlerin ışıkla nasıl aktive edildiğini tespit ettiler .

PSI'da hızlandırıcılar ve büyük araştırma tesisleri

Proton hızlandırıcı tesisi

PSI'nin 1974'te hizmete giren proton hızlandırıcısı ilk zamanlarda temel parçacık fiziği için kullanılırken , bugün odak noktası katı hal fiziği , radyofarmasötikler ve kanser tedavisi uygulamalarıdır. Çalışmaya başladığından beri sürekli olarak daha da geliştirildi ve bugünkü performansı, ilk 100 µA'dan 24 kat daha yüksek olan 2,4 mA'ya kadar çıktı. Bu nedenle tesis artık yüksek performanslı bir proton hızlandırıcı veya kısaca HIPA (Yüksek Yoğunluklu Proton Hızlandırıcı) olarak kabul ediliyor. Temel olarak, seri halinde üç hızlandırıcıdan oluşur: Cockcroft-Walton, enjektör-2 siklotron ve halka-siklotron. Protonları ışık hızının yaklaşık yüzde 80'ine kadar hızlandırırlar .

Proton kaynağı ve Cockcroft-Walton

Siklotron rezonansına dayalı bir proton kaynağında , hidrojen atomlarından elektronları ayırmak için mikrodalgalar kullanılır. Geriye kalan, her biri yalnızca bir protondan oluşan hidrojen atom çekirdeğidir. Bu protonlar kaynağı 60 kilovoltluk bir potansiyelle terk eder ve daha sonra bir hızlandırıcı tüpte 810 kilovoltluk başka bir voltaja tabi tutulur . Her iki voltaj da bir Cockcroft-Walton hızlandırıcı tarafından sağlanır . Toplam 870 kilovolt ile protonlar 46 milyon km/sa hıza veya ışık hızının yüzde 4'üne kadar hızlandırılır. Protonlar daha sonra Enjektör-2'ye beslenir.

Enjektör-1

Enjektör-1 ile 170 µA çalışma akımlarına ve 200 µA tepe akımlarına ulaşılabilir. Ayrıca düşük enerji deneyleri, OPTIS göz tedavisi ve MEGAPIE projesinde LiSoR deneyi için kullanıldı. 1 Aralık 2010'dan beri bu halka hızlandırıcı çalışmıyor.

enjektör-2
enjektör-2
Tip: Eşzamanlı spiral sırtlı siklotron
mıknatıslar: 4 tane
Toplam Mıknatıs kütlesi: 760 ton
Hızlandırıcı elemanlar: 4 Rezonatör (50 MHz)
Ekstraksiyon Enerjisi: 72 MeV

1984 yılında devreye alınan ve o zamanlar SIN olan tarafından geliştirilen Enjektör-2, 590 MeV halkalı siklotron için enjeksiyon makinesi olarak Enjektör-1'in yerini aldı. Başlangıçta, Enjektör-1 ve Enjektör-2'yi dönüşümlü olarak çalıştırmak mümkündü, ancak şimdi proton ışınını halkaya beslemek için sadece Enjektör-2 kullanılıyor. Yeni siklotron , ışın akımında 1980'lerin mutlak rekor değeri olan 1 mA'dan 2 mA'ya bir artış sağladı. Bugün, enjektör-2, ışık hızının yaklaşık yüzde 38'i olan 72 MeV'de rutin çalışmada ≈ 2,2 mA ve yüksek akım çalışmasında 2,4 mA ışın akımı sağlar .

Başlangıçta, proton yörüngelerinin net bir şekilde ayrılmasını sağlamak için düz tepe modunda 150 MHz'de iki rezonatör çalıştırıldı, ancak bunlar şimdi hızlanma için de kullanılıyor. Çıkarılan 72 MeV proton ışınının bir kısmı izotop üretimi için ayrılabilirken, ana kısım daha fazla hızlanma için Ring Cyclotron'a beslenir.

Yüzük
PSI Halka Siklotron
Tip: Eşzamanlı spiral sırtlı siklotron
mıknatıslar: 8 adet
Toplam Mıknatıs kütlesi: 2000 ton
Hızlandırıcı elemanlar: 4 (5) Boşluk (50 MHz)
Ekstraksiyon Enerjisi: 590 MeV

Enjektör-2 gibi, yaklaşık 48 m çevresi olan Ring Cyclotron da 1974'te faaliyete geçti. SIN'de özel olarak geliştirildi ve PSI proton hızlandırıcı tesislerinin kalbinde yer alıyor. Protonların halkanın içinde 186 turda kapladığı yaklaşık 4 km uzunluğundaki parkurda protonlar ışık hızının yüzde 80'ine kadar hızlandırılır. Bu, 590 MeV'lik bir kinetik enerjiye karşılık gelir. Dünya çapında bu tür yalnızca üç halka vardır: Vancouver, Kanada'da TRIUMF ; LAMPF , Los Alamos, ABD; ve PSI'daki. TRIUMF yalnızca 500 µA ve LAMPF 1 mA ışın akımlarına ulaştı.

Dört orijinal Boşluğa ek olarak, 1979'da daha küçük bir beşinci boşluk eklendi. Düz tepeli bir boşluk olarak 150 megahertz'de çalıştırıldı ve ekstrakte edilen partikül sayısında önemli bir artış sağladı. 2008'den beri Ring Cyclotron'un tüm eski alüminyum boşlukları yeni bakır boşluklarla değiştirildi. Bunlar daha yüksek voltaj genliklerine ve dolayısıyla devir başına protonların daha büyük hızlanmasına izin verir. Siklotrondaki protonların devir sayısı böylece yakl. 200'den 186'ya ve siklotrondaki protonların kat ettiği mesafe 6 km'den 4 km'ye düştü. 2,2 mA'lik bir ışın akımı ile PSI'daki bu proton tesisi şu anda dünyadaki en güçlü sürekli parçacık hızlandırıcısıdır. 1.3 MW'lık güçlü proton ışını, muon kaynağına (SμS) ve spallasyon nötron kaynağına (SINQ) yöneliktir.

İsviçre Müon Kaynağı (SμS)

Büyük deney salonunun ortasında, Ring Cyclotron'un proton ışını iki hedefle - karbon halkalarıyla - çarpışır . Protonların atom karbon çekirdeği ile çarpışması sırasında, önce pionlar oluşur ve daha sonra saniyenin 26 milyarda biri kadar bir süre sonra müonlara bozunurlar . Mıknatıslar daha sonra bu müonları malzeme bilimi ve parçacık fiziğinde kullanılan araçlara yönlendirir. Ring Cyclotron'un son derece yüksek proton akımı sayesinde, müon kaynağı dünyanın en yoğun müon ışınlarını üretebilir. Bunlar, araştırmacıların parçacık fiziği ve malzeme biliminde başka hiçbir yerde gerçekleştirilemeyecek deneyler yapmalarını sağlar.

İsviçre Muon Kaynağı (SμS), bilim adamlarının modern fiziğin çeşitli yönlerini araştırmak için kullanabilecekleri yedi ışın çizgisine sahiptir. Bazı malzeme bilimciler bunları müon spin spektroskopisi deneyleri için kullanırlar . PSI, Muon Kaynağının yüksek müon yoğunluğu ve özel bir süreç sayesinde, sadece birkaç kiloelektron voltluk çok düşük bir enerjide yeterli yoğunlukta bir müon ışınının mevcut olduğu dünyadaki tek yerdir. Ortaya çıkan müonlar, ince malzeme ve yüzey katmanlarını analiz etmek için kullanılabilecek kadar yavaştır. Bu tür araştırmalar için geniş bir uygulama yelpazesine sahip altı ölçüm istasyonu (FLAME (2021'den itibaren), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 ve LEM) mevcuttur.

Parçacık fizikçileri, Standart Modelin sınırlarını test etmek için yüksek hassasiyetli ölçümler yapmak için bazı ışın çizgilerini kullanıyor.

İsviçre Spallasyon Nötron Kaynağı (SINQ)

Nötron kaynağı 1996 yılından bu yana çalışma olmuştur SINQ, ilk ve türünün, yine de güçlü olduğu. 10 14  n cm -2 s -1 sürekli bir nötron akışı sağlar . SINQ'da, büyük parçacık hızlandırıcıdan gelen protonlar bir öncü hedefe çarpar ve nötronları kurşun çekirdeklerinden dışarı atarak onları deneyler için uygun hale getirir. Termal nötronlara ek olarak , sıvı döteryumdan yapılmış bir moderatör , daha düşük enerji spektrumuna sahip yavaş nötronların üretilmesini de sağlar .

MEGAPIE Hedef ( Mega watt Pi lot- e Xperiment) karışımından yapılmış bir hedef ile bir katı hedef değiştirerek 2006 yazında faaliyete geçen kurşun, bizmut ötektik , nötron verimi, 80 bir ilgili% arttırılabilir.

MEGAPIE hedefini elden çıkarmak çok maliyetli olacağından, PSI 2009'da böyle bir hedef daha üretmemeye ve bunun yerine zaten değerini kanıtlamış olduğu için sağlam hedefi daha da geliştirmeye karar verdi. MEGAPIE projesinden elde edilen bulgulara dayanarak, katı bir hedefle operasyon için nötron veriminde neredeyse aynı büyüklükte bir artış elde etmek mümkün oldu.

SINQ, yavaş nötronları taşımak için özel olarak geliştirilmiş optik kılavuz sistemleri kullanan ilk tesislerden biriydi. Metal kaplı cam borular, nötronları, cam elyaflarındaki ışık yönlendirmesine benzer şekilde, düşük bir yoğunluk kaybıyla tam yansıma yoluyla daha uzun mesafelerde (birkaç on metre) yönlendirir. Bu nötron kılavuzlarının verimliliği, üretim teknolojisindeki gelişmelerle birlikte istikrarlı bir şekilde artmıştır. Bu nedenle PSI, 2019'da kapsamlı bir yükseltme gerçekleştirmeye karar verdi. SINQ 2020 yazında tekrar faaliyete geçtiğinde, deneyler için ortalama olarak beş kat, özel bir durumda ise 30 kat daha fazla nötron sağlayabilecek. daha fazla.

SINQ'nun 15 aracı yalnızca PSI araştırma projeleri için kullanılmaz, aynı zamanda ulusal ve uluslararası kullanıcılar için de kullanılabilir.

Ultrasoğuk Nötron Kaynağı (UCN)

2011'den beri PSI, ultra soğuk nötronların (UCN) üretimi için ikinci bir parçalanma nötron kaynağını da işletiyor . SINQ'dan farklı olarak darbelidir ve HIPA'nın tam huzmesini kullanır, ancak normalde her 5 dakikada bir sadece 8 saniyeliğine. Tasarım, SINQ'nunkine benzer. Ancak nötronları soğutmak için soğuk moderatör olarak 5 Kelvin (-268 santigrat dereceye karşılık gelir) sıcaklıkta donmuş döteryumu kullanır. Üretilen UCN tesiste saklanabilir ve deneylerde birkaç dakika gözlemlenebilir.

kuyruklu yıldız siklotron

Bu süper iletken 250 MeV siklotron, 2007'den beri proton tedavisi için kullanılıyor ve kanser hastalarında tümörlerin tedavisi için ışını sağlıyor. Proton tedavisi için kullanılan dünya çapında ilk süper iletken siklotrondu. Önceden, Ring Cyclotron'dan gelen proton ışınının bir kısmı bu amaç için ayrılmıştı, ancak 2007'den beri tıbbi tesis, terapi için birkaç ışınlama istasyonu sağlayan bağımsız olarak kendi proton ışınını üretiyor. Tesisin diğer bileşenleri, çevresel ekipman ve kontrol sistemleri de bu arada iyileştirildi, böylece bugün tesis, yılda 7000'den fazla çalışma saatiyle zamanın yüzde 98'inden fazla bir süre kullanılabilir durumda.

İsviçre Işık Kaynağı (SLS)

Bir elektron senkrotronu olan İsviçre Işık Kaynağı (SLS), 1 Ağustos 2001'den beri çalışıyor. Çok çeşitli maddeleri taramak için bir tür birleşik X-ışını makinesi ve mikroskop gibi çalışır . Dairesel yapıda, elektronlar, teğet bir yönde senkrotron radyasyonu yayan, çevresi 288 m olan dairesel bir yol üzerinde hareket eder . Toplam 350 mıknatıs elektron demetini rotasında tutar ve odaklar. Hızlanma boşlukları, kirişin hızının sabit kalmasını sağlar.

İsviçre Işık Kaynağının panoramik görünümü

2008'den beri SLS, dünyadaki en ince elektron ışınına sahip hızlandırıcı olmuştur. PSI araştırmacıları ve teknisyenleri sekiz yıldır bunun üzerinde çalışıyorlar ve birçok mıknatısın her birini defalarca ayarladılar. SLS, kızılötesi ışıktan sert X ışınlarına kadar çok geniş bir senkrotron radyasyonu spektrumu sunar. Bu, araştırmacıların örneğin malzemeleri iyileştirmek veya ilaç geliştirmek için nesnelerin, malzemelerin ve dokuların içinde mikroskobik resimler çekmesini sağlar.

2017 yılında, SLS'deki yeni bir cihaz, bir bilgisayar çipinin içine, onu yok etmeden ilk kez bakmayı mümkün kıldı. 45 nanometrelik dar enerji hatları ve 34 nanometre yüksekliğindeki transistörler gibi yapılar görünür hale geldi. Bu teknoloji, örneğin çip üreticilerinin ürünlerinin spesifikasyonlara uygun olup olmadığını daha kolay kontrol etmelerini sağlar.

Şu anda, "SLS 2.0" çalışma başlığı altında, SLS'yi yükseltmek ve böylece dördüncü nesil bir senkrotron ışık kaynağı oluşturmak için planlar yapılıyor.

SwissFEL

SwissFEL serbest elektron lazer resmi olarak Federal Konsey Johann Schneider-Ammann tarafından 5 Aralık 2016 tarihinde açıldı. 2018 yılında ilk ışın hattı ARAMIS faaliyete geçti. İkinci ışın hattı ATHOS'un 2020 sonbaharında takip etmesi planlanıyor. Dünya çapında, karşılaştırılabilir sadece dört tesis çalışıyor.

Eğitim Merkezi

PSI Eğitim Merkezi, teknik ve disiplinler arası alanlarda eğitim ve ileri eğitim sağlama konusunda 30 yılı aşkın deneyime sahiptir. Yılda 3.000'den fazla katılımcıyı eğitmektedir.

Merkez, hem profesyoneller hem de iyonlaştırıcı radyasyon veya radyoaktif malzemelerle çalışan diğer kişiler için çok çeşitli temel ve ileri eğitim kursları sunmaktadır. Katılımcıların ilgili uzmanlığı edindiği kurslar, Federal Halk Sağlığı Ofisi (FOPH) ve İsviçre Federal Nükleer Güvenlik Müfettişliği (ENSI) tarafından tanınmaktadır.

Ayrıca, PSI personeli ve ETH Alanından ilgilenen kişiler için temel ve ileri eğitim kursları düzenler. 2015 yılından bu yana insan kaynakları geliştirme kursları ( çatışma yönetimi , liderlik çalıştayları, iletişim ve aktarılabilir beceriler gibi) da düzenlenmektedir.

PSI Eğitim Merkezi'nin kalitesi sertifikalıdır (ISO 29990:2001).

sanayi ile işbirliği

PSI, kansere karşı proton tedavisi veya deli dana hastalığının nedeni olan prionların tespiti için araştırma teknikleri ile örneğin tıpta yaklaşık 100 aktif patent ailesine sahiptir . Diğer patent aileleri, fotobilim alanında, yüzeylerin yapılandırılması için özel litografi süreçleri, çevre bilimlerinde nadir toprak elementlerinin geri dönüştürülmesi , katalizörler veya biyokütlenin gazlaştırılması, malzeme bilimleri ve diğer alanlarda bulunmaktadır. PSI, patentler için kendi teknoloji transfer ofisine sahiptir.

Örneğin, malzemeleri atom seviyesinde araştırmak için kullanılabilen İsviçre Synchrotron Işık Kaynağı SLS için geliştirilmiş yüksek performanslı X-ray kameralarında kullanılan dedektörler için patentler verilmiştir. Bunlar, PSI'dan bugüne kadar ortaya çıkan en büyük şirket olan DECTRIS şirketinin kurulmasının temelini oluşturdu. 2017 yılında, Lozan merkezli Debiopharm şirketi, PSI Radyofarmasötik Bilimler Merkezi'nde geliştirilen aktif madde 177Lu-PSIG-2'nin lisansını aldı. Bu madde bir tür tiroid kanseri tedavisinde etkilidir. Onaylanması ve piyasaya sürülmeye hazır hale getirilmesi amacıyla DEBIO 1124 adı altında daha da geliştirilecektir. Başka bir PSI yan ürünü olan GratXray, kafes interferometrisindeki faz kontrastlarına dayalı bir yöntemle çalışır. Yöntem başlangıçta senkrotron radyasyonunu karakterize etmek için geliştirildi ve meme kanseri taramasında altın standart olması bekleniyor. Yeni teknoloji, PSI'ın Philips ile işbirliği içinde geliştirdiği bir prototipte zaten kullanılmıştı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

Koordinatlar : 47°32′10″K 8°13′22″E / 47.53611°K 8.22278°D / 47.53611; 8.22278