Instituto Paul Scherrer

Logotipo PSI
Universidades federais e institutos de pesquisa
Écoles polytechniques fédérales
Politecnici federali
Scolas politecnicas federalas
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Orçamento ordinário 2019 (CHF milhões)

Domínio ETH

2.616

Universidades


1.298
686

Institutos de pesquisa


321
59
124
54

O Instituto Paul Scherrer ( PSI , Francês Institut Paul Scherrer , italiano Istituto Paul Scherrer , Romanche Institut Paul Scherrer ) é um multidisciplinar instituto de pesquisa para naturais e ciências de engenharia em Suíça . Ele está localizado no município de Villigen e Würenlingen, no cantão suíço de Aargau, em ambos os lados do Aare e faz parte do domínio ETHda Confederação Suíça. O instituto emprega cerca de 2100 pessoas e realiza pesquisas básicas e aplicadas nas áreas de matéria e material, pessoas e saúde, bem como energia e meio ambiente, em uma área de mais de 35 hectares . As atividades de pesquisa estão divididas nas seguintes áreas: ciências dos materiais 37%, ciências da vida 24%, energia geral 19%, energia nuclear e segurança 11%, física de partículas 9%.

A PSI desenvolve, constrói e opera grandes e complexas instalações de pesquisa e as disponibiliza para a comunidade científica nacional e internacional. Em 2017, por exemplo, mais de 2.500 pesquisadores de 60 países diferentes vieram para a PSI para usar a combinação globalmente única de grandes instalações de pesquisa no mesmo local. Cerca de 1.900 experimentos são realizados a cada ano em cerca de 40 estações de medição na instalação.

O instituto tem sido um dos maiores recebedores de dinheiro do fundo de loteria nos últimos anos .

história

O instituto que leva o nome do físico suíço Paul Scherrer foi criado em 1988 a partir da fusão do EIR (Instituto Federal de Pesquisa de Reatores) fundado em 1960 e do SIN (Instituto Suíço de Pesquisa Nuclear) fundado em 1968. Os dois institutos localizavam-se frente a frente no Aare e serviam como centros nacionais de pesquisa em energia nuclear, por um lado, e física nuclear e de partículas, por outro. Com o passar dos anos, a pesquisa se expandiu para outras áreas, de modo que a física nuclear e de reatores, por exemplo, ainda representa 11% do trabalho de pesquisa no PSI hoje. Como resultado da decisão suíça de eliminar a energia nuclear em 2011, esta área está preocupada principalmente com questões de segurança, por exemplo, ao lidar com o armazenamento de resíduos radioativos em um depósito profundo. No entanto, ainda será usado em futuros reatores nucleares, como B. o reator de alta temperatura , pesquisado.

O PSI está localizado à direita e à esquerda do Aare, no cantão de Aargau

Desde 1984, o PSI (inicialmente ainda como SIN) opera o centro de terapia de prótons para o tratamento de pacientes com melanoma ocular e outros tumores localizados nas profundezas do corpo . Mais de 9.000 pacientes foram tratados desde então (em 2020).

O instituto também atua na pesquisa espacial. Por exemplo, em 1990 os engenheiros da PSI construíram o detector para o telescópio EUVITA para o satélite russo Spectrum XG e mais tarde também detectores para a NASA e a ESA , que analisam a radiação no espaço . No acelerador tandem do Hönggerberg em Zurique, que na época era operado em conjunto pela ETH Zurich e o PSI, certos físicos em 1992 por acelerador de espectrometria de massa e datação por carbono de osso, tecido e amostras de grama de alguns miligramas com idade de o Ötzi da geleira , aquele que foi encontrado no ano anterior nos Alpes de Ötztal.

Em 2009, o biólogo estrutural britânico Venkatraman Ramakrishnan, da Índia, recebeu o Prêmio Nobel de Química por seus estudos no Swiss Light Source Synchrotron (SLS). O SLS é uma das quatro grandes instalações de pesquisa do PSI. Graças aos estudos, Ramakrishnan foi capaz de esclarecer a aparência dos ribossomos e como eles funcionam no nível de moléculas individuais. Usando as informações codificadas nos genes, os ribossomos produzem proteínas que controlam muitos processos químicos em seres vivos.

Em 2010, uma equipe internacional de pesquisadores da PSI realizada uma nova medição do próton com negativos múons e descobriu que o seu raio é significativamente menor do que anteriormente assumido: 0.84184 femtometers em vez de 0,8768. De acordo com reportagens da imprensa, esse resultado não foi apenas surpreendente, mas também pode colocar em questão modelos anteriores da física. As medições só foram possíveis com o acelerador de prótons HIPA de 590 MeV da PSI, porque em todo o mundo apenas o feixe de múons gerado secundariamente é intenso o suficiente para realizar o experimento.

Em 2011, pesquisadores do PSI, entre outros, conseguiram usar o SLS para decifrar a estrutura da proteína rodopsina. Como uma espécie de sensor de luz, esse pigmento visual desempenha um papel fundamental no processo de visão.

Um conhecido detector de pixel barril construído em PSI, como um elemento central do detector CMS no centro de pesquisa nuclear CERN de Genebra , estava envolvido na detecção do bóson de Higgs. Por essa descoberta, anunciada em 4 de julho de 2012, o Prêmio Nobel de Física foi concedido um ano depois.

Em janeiro de 2016, 20 quilos de plutônio foram trazidos da PSI para os EUA. De acordo com uma reportagem de jornal, desde a década de 1960, o material está guardado em uma loja secreta de plutônio federal para a construção então planejada de uma bomba atômica. O Conselho Federal contradisse esta afirmação: O conteúdo de plutônio-239 do material era inferior a 92 por cento, portanto não era adequado para armas. Em vez disso, o material, depois de obtido de barras de combustível reprocessadas do reator de pesquisa Diorit, que funcionou de 1960 a 1977 , seria usado para desenvolver uma nova geração de tipos de elementos de combustível para usinas nucleares. Mas isso nunca aconteceu. Após a decisão de eliminação da energia nuclear em 2011, o mais tardar, ficou claro que o material não seria mais usado na Suíça. Em 2014, o Conselho Federal decidiu na cúpula sobre segurança nuclear dissolver o depósito suíço de plutônio e transferi-lo para os EUA para armazenamento posterior com base em um acordo bilateral existente.

Diretores PSI
Mandato diretor
1988-1990 Jean-Pierre Blaser
1990-1991 Anton Menth
1991-1992 Wilfred Hirt (provisório)
1992-2002 Meinrad Eberle
2002-2007 Ralph Eichler
2007-2008 Martin Jermann (provisório)
2008-2018 Joël Mesot
2019-2020 Thierry Strässle (provisório)
Desde 1 de abril de 2020 Christian Rüegg

Em julho de 2017, o SLS conseguiu examinar e visualizar o alinhamento tridimensional da magnetização dentro de um material sem afetar o material. A tecnologia se destina a ajudar a desenvolver melhores ímãs, por exemplo, para motores ou armazenamento de dados.

O diretor de longa data da PSI Joël François Mesot (2008 a 2018) foi eleito presidente da ETH Zurique no final de 2018. A partir de janeiro de 2019, seu cargo foi temporariamente assumido pelo físico e Chefe de Gabinete do PSI Thierry Strässle. Desde 1º de abril de 2020, o físico e ex-chefe da Unidade de Pesquisa de Nêutrons e Muons do PSI, Christian Rüegg, é o Diretor do PSI.

Numerosas empresas foram separadas da PSI ao longo dos anos para tornar os resultados da pesquisa utilizáveis ​​para a sociedade. O maior spin-off com 120 funcionários é a DECTRIS AG, fundada em 2006 nas proximidades de Baden, especializada no desenvolvimento e comercialização de detectores de raios-X. SwissNeutronics AG foi fundada em Klingnau em 1999 e vende componentes ópticos para sistemas de pesquisa de nêutrons. Vários novos desdobramentos da PSI, como o fabricante de estruturas metal-orgânicas novoMOF ou o desenvolvedor de medicamentos leadXpro, instalaram-se no Innovaare Park, que foi fundado em 2015 junto com o cantão de Aargau e várias empresas, nas proximidades do PSI.

Edifício administrativo Areal Ost do PSI em Würenlingen

Pesquisa e áreas de especialização

PSI desenvolve, constrói e opera várias instalações de aceleradores , por ex. B. um ciclotron de alta corrente de 590 MeV , que fornece uma corrente de feixe de cerca de 2,2 mA em operação de rotina. Além disso, a PSI opera quatro instalações de pesquisa em grande escala: uma fonte de luz síncrotron (SLS) de brilho e estabilidade específicos, uma fonte de nêutrons de fragmentação (SINQ), uma fonte de múon (SμS) e um laser de raios-X de elétrons livres ( SwissFEL ) Isso significa que o PSI é atualmente (2020) o único instituto mundial que oferece as quatro sondas mais importantes para pesquisar a estrutura e dinâmica da matéria condensada (nêutrons, múons e radiação síncrotron) em um campus para a comunidade internacional de usuários. Além disso, os sistemas de destino HIPA também produzem píons, que alimentam a fonte de múon, e a fonte de nêutrons ultracongelada UCN produz nêutrons ultracongelados muito lentos . Todos os tipos de partículas são usados ​​para pesquisas em física de partículas.

Não menos importante, com a ajuda desses sistemas, são realizadas pesquisas no PSI nas seguintes áreas, entre outras:

Matéria e material

Todos os materiais com os quais os humanos trabalham são feitos de átomos . A interação dos átomos entre si e sua disposição determinam quais propriedades um material possui. A maioria dos pesquisadores da área de matéria e material do PSI deseja elucidar essa conexão entre a estrutura interna e as propriedades observáveis ​​de diferentes substâncias. A pesquisa básica nesta área ajuda a desenvolver novos materiais para uma ampla variedade de aplicações, por exemplo , engenharia elétrica , medicina , telecomunicações , todas as áreas de mobilidade , novos dispositivos de armazenamento de energia , computadores quânticos e aplicações em spintrônica . Fenômenos como supercondutividade , ferro e antiferromagnetismo , fluidos de spin e isolantes topológicos são examinados .

Os nêutrons são usados ​​intensivamente para pesquisa de materiais no PSI porque oferecem acesso exclusivo e não destrutivo ao interior dos materiais em uma escala de comprimento de átomos a objetos centimétricos. Eles são, portanto, uma sonda ideal para estudar tópicos de pesquisa fundamental e aplicada. Por exemplo: sistemas de spin quântico e suas possibilidades de uso em futuras tecnologias de computador; as funcionalidades de membranas lipídicas complexas e seu uso para o transporte e liberação direcionada de ingredientes farmacêuticos ativos; a estrutura de novos materiais para armazenamento de energia como componentes-chave em redes inteligentes de energia.

Em física de partículas , os pesquisadores do PSI investigam a estrutura e as propriedades da parte mais interna da matéria e o que a mantém unida. O modelo padrão de partículas elementares é verificado com múons, píons e nêutrons ultrafrios, constantes naturais fundamentais são determinadas e teorias que vão além do modelo padrão são testadas. Física de partículas em PSI mantém muitos registos, incluindo a determinação mais precisa das constantes de acoplamento da interacção fraca e a medição mais precisa do raio da carga do protão. Alguns experimentos buscam efeitos que não são previstos no Modelo Padrão, mas que poderiam resolver inconsistências na teoria ou resolver fenômenos inexplicáveis ​​da astrofísica e cosmologia. Até o momento, seus resultados estão alinhados ao Modelo Padrão. Por exemplo, o limite superior medido pelo experimento MEG para o decaimento hipotético de múons positivos em pósitrons e fótons e o limite superior do momento de dipolo elétrico permanente no nêutron.

Além da física de partículas, os múons também são usados ​​na física do estado sólido e na ciência dos materiais. O método de espectroscopia de spin de múon (µSR) é usado para examinar propriedades fundamentais e aspectos tecnologicamente relevantes em materiais magnéticos e supercondutores, bem como em semicondutores , isoladores e estruturas semicondutoras (por exemplo, materiais de células solares).

energia e meio ambiente

Nesta área, os pesquisadores lidam com todos os aspectos do uso da energia humana - com o objetivo de tornar o fornecimento de energia mais sustentável. Entre outras coisas: novas tecnologias para o uso de energias renováveis , armazenamento de energia de baixa perda, eficiência energética , combustão de baixo teor de poluentes, células de combustível , avaliação experimental e baseada em modelos de ciclos de energia e materiais , influências ambientais de produção e consumo de energia, investigação em energia nuclear (em particular , segurança e eliminação de reactores ).

A fim de responder especificamente a perguntas sobre armazenamento de energia sazonal e acoplamento de setor , a PSI opera a plataforma de teste ESI (Energy System Integration), na qual a pesquisa e a indústria podem testar abordagens promissoras para integrar energias renováveis ​​no sistema de energia - por exemplo, o armazenamento de excesso de eletricidade de energia solar ou eólica na forma de hidrogênio ou metano .

Uma tecnologia desenvolvida com a ajuda da plataforma ESI em PSI e testada com sucesso em conjunto com o fornecedor de energia de Zurique Energie 360 ​​° , que extrai significativamente mais gás metano de bio-resíduos, foi premiada com o Watt d'Or 2018 pelo Federal Suíço Escritório de Energia .

PSI mantém uma plataforma para pesquisa de catálise. A catálise é um componente central de vários processos de conversão de energia, por exemplo, em células de combustível, eletrólise de água ou metanação de dióxido de carbono.

O PSI também opera uma câmara de smog, que pode ser usada para testar as emissões de poluentes de vários processos de geração de energia e o comportamento das substâncias correspondentes na atmosfera.

Os pesquisadores do PSI também estão investigando os efeitos da geração de energia na atmosfera local, por exemplo, nos Alpes, nas regiões polares do mundo ou na China.

A área de energia nuclear e segurança dedica-se à preservação da expertise nuclear e ao treinamento de cientistas e engenheiros em energia nuclear. Por exemplo, a PSI mantém um dos poucos laboratórios na Europa para examinar barras de combustível em reatores comerciais. O departamento trabalha em estreita colaboração com a ETH Zurich , EPFL e a Universidade de Berna - por exemplo, quando se trata de usar computadores de alto desempenho ou o reator de pesquisa CROCUS da EPFL.

Homem e saúde

A PSI é uma das instituições líderes em todo o mundo na pesquisa e aplicação da terapia de prótons para o tratamento do câncer. Os pacientes com câncer têm sido tratados com sucesso com uma forma especial de radioterapia no Center for Proton Therapy desde 1984. Até o momento, mais de 7.500 pacientes com tumores oculares foram irradiados (até 2020). A taxa de sucesso com terapia ocular (OPTIS) é superior a 98 por cento.

Em 1996, um dispositivo de irradiação (gantry 1) foi equipado pela primeira vez para a chamada tecnologia de prótons de varredura localizada, desenvolvida na PSI. Com esta técnica, os tumores nas profundezas do corpo são examinados tridimensionalmente com um feixe de prótons de aproximadamente 5 a 7 mm de largura. Sobrepondo muitos pontos de prótons individuais - para um volume de 1 litro, há aproximadamente 10.000 - o tumor é coberto uniformemente com a dose de radiação necessária, que é monitorada individualmente para cada ponto individual. Isso permite uma irradiação extremamente precisa e homogênea, que é perfeitamente adaptada à forma irregular do tumor. O tecido saudável circundante é poupado tanto quanto possível. O primeiro gantry esteve em operação com paciente de 1996 até o final de 2018. Em 2013, entrou em operação o segundo Gantry 2, desenvolvido pela própria PSI, e em meados de 2018 mais uma unidade de tratamento, o Gantry 3, foi inaugurada.

No campo dos radiofármacos , a infraestrutura da PSI cobre todo o espectro. Em particular, os pesquisadores estão trabalhando lá com tumores muito pequenos distribuídos por todo o corpo. Estes não podem ser tratados com radioterapia convencional. Com a ajuda do acelerador de prótons e da fonte de nêutrons SINQ no PSI, entretanto, novos radionuclídeos medicamente utilizáveis ​​podem ser produzidos que são combinados com biomoléculas especiais - os chamados anticorpos - para formar moléculas de terapia. Estes podem encontrar células tumorais seletivamente e de forma direcionada e marcá-los com o isótopo radioativo. Sua radiação pode ser localizada por um lado com métodos de imagem como SPECT ou PET e, assim, permite o diagnóstico de tumores e suas metástases. Por outro lado, pode ser dosado de forma a destruir também as células tumorais. Várias dessas substâncias radioativas desenvolvidas na PSI estão em testes clínicos, com a PSI trabalhando em estreita colaboração com universidades, clínicas e a indústria farmacêutica. Se necessário, a PSI também fornece radiofármacos aos hospitais locais.

Outro foco de pesquisa na área de saúde humana desde a inauguração da Fonte de Luz Síncrotron Suíça (SLS) tem sido a biologia estrutural. Lá se investiga a estrutura e a funcionalidade das biomoléculas - de preferência em resolução atômica. Os pesquisadores do PSI estão principalmente preocupados com as proteínas. Cada célula viva precisa de uma miríade dessas moléculas, por exemplo, para poder operar o metabolismo, receber e transmitir sinais ou se dividir. O objetivo é compreender melhor esses processos vitais e, assim, combater ou evitar melhor as doenças.

Por exemplo, a estrutura de estruturas semelhantes a fios está sendo investigada no PSI, que, entre outras coisas, separa os cromossomos durante a divisão celular, os chamados microtúbulos . Elas consistem em longas cadeias de proteínas, cuja formação ou degradação é interrompida pela quimioterapia no caso de câncer, de modo que as células cancerosas não podem mais se dividir. Observando de perto a estrutura dessas proteínas e suas mudanças, os pesquisadores podem descobrir exatamente onde as drogas contra o câncer devem ter como alvo os microtúbulos. Além disso, graças ao laser de raios-X de elétrons livres SwissFEL, inaugurado em 2016, os processos dinâmicos em biomoléculas podem ser analisados ​​com resolução temporal extremamente alta no PSI . Por exemplo, como certas proteínas nos fotorreceptores da retina de nossos olhos são ativadas pela luz. O SwissFEL permite uma resolução de menos de um trilionésimo de segundo.

Acelerador e instalações de pesquisa em grande escala no PSI

Instalação do acelerador de prótons

Enquanto o acelerador de prótons no PSI, que entrou em operação em 1974, foi usado principalmente para a física de partículas elementares em seus primórdios , hoje as aplicações para a física do estado sólido , radiofarmácia e terapia do câncer estão em primeiro plano. Desde o início de 100 µA, o desempenho foi aumentado em um fator de 24 por meio de um desenvolvimento constante até 2,4 mA. É por isso que o sistema agora é chamado de acelerador de prótons de alto desempenho ou, abreviadamente, HIPA (High Intensity Proton Accelerator). Em princípio, os prótons são acelerados a cerca de 80% da velocidade da luz por três dispositivos sucessivos : Cockcroft-Walton, Injektor-2 cíclotron e anel cíclotron.

Fonte de prótons e Cockcroft-Walton

Em uma fonte de prótons baseada na ressonância do ciclotron , os elétrons são removidos dos átomos de hidrogênio por meio de microondas . O que resta são os núcleos atômicos de hidrogênio, cada um dos quais consiste em apenas um próton. Esses prótons deixam a fonte com um potencial de 60 quilovolts e são então submetidos a uma tensão adicional de 810 quilovolts em um tubo acelerador . Um acelerador Cockcroft-Walton fornece ambas as tensões . Com esse total de 870 quilovolts, os prótons são acelerados para 46 milhões de km / h ou 4% da velocidade da luz. Os prótons são então transportados para o injetor-2.

Injetor-1

O injetor-1 atingiu correntes de operação em torno de 170 µA e correntes de pico em torno de 200 µA. Também foi usado para experimentos de baixa energia, para terapia ocular OPTIS e para o experimento LiSoR como parte do projeto MEGAPIE. Este acelerador de anel está fora de serviço desde 1 de dezembro de 2010.

Injetor-2
Dados técnicos injetor-2
Modelo: Ciclotron de volta em espiral isócrona
Ímãs: 4 pedaços
Ímãs de peso total: 760 t
Elementos de aceleração: 4 ressonadores (50 MHz)
Energia de extração: 72 MeV

O Injetor-2, que entrou em operação em 1984, um desenvolvimento interno do então SIN, substituiu o Injetor-1 como uma máquina de disparo único para o ciclotron de anel de 590 MeV . No início, a operação alternada entre o injetor-1 e o injetor-2 era possível, mas agora apenas o injetor-2 é usado para injetar o feixe de prótons no anel. O novo ciclotron tornou possível aumentar a corrente do feixe para 1 a 2 mA, um valor de pico absoluto para a década de 1980. Hoje, o Injektor-2 fornece uma corrente de feixe de ± 2,2 mA em operação de rotina e 2,4 mA em operação de alta corrente por 72 MeV, o que corresponde a cerca de 38 por cento da velocidade da luz.

Originalmente, dois ressonadores com 150 MHz eram operados no modo de topo plano para obter uma separação limpa das órbitas de prótons, mas agora também são usados ​​para aceleração. Uma parte do feixe de prótons extraído de 72 MeV pode ser cortada para a produção de isótopos , a parte principal é injetada no ciclo do anel para maior aceleração.

Ciclotron de anel

Dados técnicos Grande anel acelerador
Modelo: Ciclotron de volta em espiral isócrona
Ímãs: 8 peças
Ímãs de peso total: 2000 t
Elementos de aceleração: 4 (5) cavidades (50 MHz)
Energia de extração: 590 MeV

O cíclotron em anel, que entrou em operação em 1974, é como o Injektor-2, um desenvolvimento interno do SIN e é o coração dos sistemas aceleradores de prótons PSI. Ele tem uma circunferência de cerca de 48 me é acelerado a 80 por cento da velocidade da luz na rota de 4 km que os prótons cobrem ao longo de 186 voltas no anel. Isso corresponde a uma energia cinética de 590 MeV. Existem apenas três em todo o mundo, a saber: TRIUMF em Vancouver , Canadá ; LAMPF em Los Alamos , EUA ; e o PSI. Os dois primeiros alcançaram apenas correntes de feixe de 500 µA e 1 mA, respectivamente.

A quinta cavidade menor, que também foi instalada em 1979, é operada como uma cavidade de topo plano a 150 megahertz, o que aumenta significativamente o número de partículas extraídas. Desde 2008, todas as cavidades de alumínio antigas no cíclotron de anel foram substituídas por novas cavidades de cobre. Eles permitem amplitudes de tensão mais altas e, portanto, uma maior aceleração dos prótons por revolução. O número de revoluções dos prótons no cíclotron pode então ser reduzido de aproximadamente 200 para 186, e o caminho percorrido pelos prótons no cíclotron diminui de 6 km para 4 km. Com uma corrente de feixe de 2,2 mA, esta instalação de prótons PSI é atualmente o acelerador de partículas contínuo mais poderoso do mundo. O feixe de prótons de 1,3 MW é direcionado para a fonte de múon (SμS) e a fonte de nêutron de fragmentação (SINQ).

Fonte de muon

No meio do grande corredor experimental, o feixe de prótons do cíclotron do anel atinge dois alvos - anéis feitos de carbono . Quando os prótons colidem com os núcleos atômicos do carbono, formam-se píons , que decaem em múons após cerca de 26 bilionésimos de segundo . Esses múons são então direcionados por ímãs para instrumentos usados ​​na ciência dos materiais e na física de partículas. Graças à corrente de prótons extremamente alta do cíclotron do anel, a fonte de múons gera os feixes de múons mais intensos do mundo. Isso permite experimentos em física de partículas e ciência dos materiais que não podem ser realizados em nenhum outro lugar.

A fonte de múon (SμS) consiste em sete linhas de feixe que os cientistas usam para estudar vários aspectos da física moderna. Alguns cientistas de materiais os usam para experimentos de espectroscopia de spin de múon . Devido à alta intensidade do múon, o PSI é o único lugar no mundo onde, graças a um processo especial, um feixe de múon com intensidade suficiente e ao mesmo tempo de energia muito baixa de apenas alguns quiloelétrons volts está disponível. Esses múons são lentos o suficiente para usá-los para examinar camadas finas de material e superfícies. Seis estações de medição (FLAME (de 2021), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 e LEM) com instrumentos para uma ampla variedade de aplicações estão disponíveis para tais exames.

Os físicos de partículas usam algumas das linhas de luz para fazer medições de alta precisão, testando assim os limites do modelo padrão.

Fonte de nêutrons de espalhamento

A fonte de nêutrons SINQ, que está em operação desde 1996, é a primeira e ao mesmo tempo a mais poderosa de seu tipo e fornece um fluxo contínuo de nêutrons de 10 14  n cm −2 s −1 . Os prótons do grande acelerador de partículas atingem um alvo de chumbo e retiram os nêutrons dos núcleos de chumbo, que ficam então disponíveis para experimentos. Além dos nêutrons térmicos , um moderador feito de deutério líquido também fornece nêutrons lentos, que têm um espectro de energia mais baixo .

A colocação dos MEGAPIE alvos ( mega- watt Pi muito- E Xperiment) no Verão de 2006, em que o alvo sólido por um de um eutéctico de chumbo-bismuto foi substituído, a produção de neutrões podia ser aumentada em cerca de mais 80%.

Devido à dispendiosa eliminação do alvo MEGAPIE, o PSI decidiu em 2009 não usar outro alvo deste tipo e, em vez disso, desenvolver o alvo sólido experimentado e testado. Com base nas descobertas do projeto MEGAPIE, uma grande parte do aumento no rendimento de nêutrons também poderia ser alcançada para operação com um alvo sólido.

O SINQ foi um dos primeiros sistemas para os quais sistemas de guia óptico foram desenvolvidos para transportar os nêutrons lentos: Os canais de vidro revestidos de metal podem guiar nêutrons por longas distâncias (algumas dezenas de metros) por meio de reflexão total, análoga à transmissão de luz nas fibras de vidro, com pouca perda de intensidade. Nesse ínterim, a eficiência de tais guias de nêutrons tem aumentado continuamente devido aos avanços na tecnologia de fabricação. Portanto, o PSI decidiu fazer uma atualização abrangente em 2019. Quando o SINQ voltar a operar, no verão de 2020, poderá fornecer em média cinco vezes a quantidade de nêutrons para experimentos, em um caso especial até 30 vezes mais.

Além de utilizá-los em seus próprios projetos de pesquisa, os 15 instrumentos do SINQ também estão disponíveis para usuários nacionais e internacionais.

Cíclotron COMET

Este ciclotron supercondutor de 250 MeV está em operação para terapia de prótons desde 2007 e fornece o feixe para combater tumores em pacientes com câncer. É o primeiro ciclotron supercondutor do mundo para terapia de prótons. No passado, parte do feixe de prótons do cíclotron do anel era usado para essa finalidade, mas desde 2007 a instalação médica vem produzindo seu próprio feixe de prótons de forma independente, que fornece vários dispositivos de radiação. Outros componentes do sistema, os dispositivos periféricos e os sistemas de controle também foram aprimorados, de modo que hoje uma disponibilidade de mais de 98 por cento é alcançada em mais de 7.000 horas de operação por ano.

Infraestrutura de pesquisa suíça para física de partículas

O grande centro de pesquisa mais antigo do PSI é a “Infraestrutura de Pesquisa Suíça para Física de Partículas” (CHRISP). Como a fonte de múon SμS e a fonte de nêutron SINQ, ele recebe o feixe de prótons para suas medições do acelerador de alto desempenho HIPA. Cerca de 400 pesquisadores trabalham em sete diferentes estações experimentais do CHRISP e investigam os produtos de colisão do feixe de prótons com vários alvos de carbono. Por exemplo, eles verificam algumas previsões do Modelo Padrão da física de partículas, tentam detectar o decaimento dos múons e medir o tamanho das partículas elementares.

O CHRISP também tem uma segunda fonte de nêutrons de fragmentação para a geração de nêutrons ultrafrios (UCN), que o PSI opera desde 2011. Ao contrário do SINQ, ele é operado de forma pulsada e usa o feixe completo do HIPA, mas geralmente apenas a cada 5 minutos por 8 segundos. A estrutura é semelhante à do SINQ. Para resfriar os nêutrons de acordo, deutério congelado é usado aqui como um moderador de frio a uma temperatura de 5 Kelvin (corresponde a -268 graus Celsius). O UCN gerado pode ser armazenado e observado no sistema e em experimentos por alguns minutos. A fonte de UCN do PSI é a mais forte de seu tipo no mundo.

O sistema de irradiação de prótons PIF também faz parte do CHRISP. Não obtém seu feixe de partículas do HIPA, mas do ciclotron COMET, que foi desenvolvido especialmente para aplicações médicas. Nos dias de semana, os pacientes com câncer são tratados com prótons desse acelerador de anel. Nos fins de semana e à noite, o feixe de prótons é direcionado para outra área onde o PIF está localizado. Lá ele serve, entre outras coisas, pesquisa de materiais em viagens espaciais. Por exemplo, componentes eletrônicos são irradiados com ele para testar sua resistência à radiação no espaço. Muitas missões espaciais da ESA, como a sonda do cometa Rosetta e o telescópio espacial Gaia , passaram por testes no PIF. O centro de pesquisa nuclear CERN de Genebra, que opera o acelerador de partículas mais poderoso do mundo, também testa seus componentes quanto à dureza da radiação aqui. E pesquisadores de empresas como a própria PSI usam o PIF para desenvolver detectores de radiação, por exemplo.

Fonte de luz síncrotron

O Swiss Light Source (SLS), um síncrotron de elétrons , está em operação desde 1º de agosto de 2001. Funciona como uma espécie de combinação de máquina de raios X e microscópio para examinar uma ampla variedade de substâncias. Na estrutura redonda, os elétrons se movem em uma trajetória circular com circunferência de 288 m, emitindo radiação síncrotron na direção tangencial . Um total de 350 ímãs mantém o feixe de elétrons em seu caminho e o focaliza; Cavidades de aceleração garantem velocidade constante.

Foto panorâmica do SLS

Desde 2008, o SLS tem sido o acelerador com o feixe de elétrons mais fino do mundo - os pesquisadores e técnicos da PSI trabalharam para isso por oito anos e ajustaram cada um dos muitos ímãs repetidamente. O SLS oferece um espectro muito amplo de radiação síncrotron de luz infravermelha a raios-X duros. Os pesquisadores podem usá-lo para obter imagens microscópicas do interior de objetos, materiais e tecidos para aprimorar materiais ou desenvolver medicamentos, por exemplo.

Em 2017, um novo instrumento no SLS tornou possível pela primeira vez olhar parte de um chip de computador sem destruí-lo. Estruturas como linhas de força estreitas de 45 nanômetros e transistores de 34 nanômetros de altura tornaram-se visíveis. Com essa tecnologia, os fabricantes de chips, por exemplo, podem verificar melhor se seus produtos atendem exatamente às especificações.

Os planos estão em andamento sob o título de trabalho “SLS 2.0” para atualizar o SLS e, assim, criar uma fonte de luz síncrotron de quarta geração.

SwissFEL

O laser de elétrons livres SwissFEL foi inaugurado simbolicamente em 5 de dezembro de 2016 pelo Conselheiro Federal Johann Schneider-Ammann. A primeira linha de luz ARAMIS foi colocada em operação em 2018 . A segunda linha de feixe de ATHOS deve seguir até o outono de 2020. Apenas quatro sistemas comparáveis ​​estão em operação em todo o mundo.

Centro de Educação

O centro de formação PSI conta com mais de 30 anos de experiência na formação e aperfeiçoamento na área técnica e interdisciplinar e forma anualmente mais de 3.000 participantes.

Oferece a especialistas e outras pessoas que trabalham com radiação ionizante ou material radioativo uma ampla gama de cursos de treinamento básico e avançado. Os cursos para adquirir os conhecimentos relevantes são reconhecidos pelo Departamento Federal de Saúde Pública (FOPH) e pela Inspetoria Federal de Segurança Nuclear (ENSI).

Também oferece cursos de formação e aperfeiçoamento para os funcionários do instituto e também para interessados ​​da área de ETH. Cursos sobre desenvolvimento de pessoal (como gestão de conflitos , oficinas de liderança, comunicação, competências transferíveis, etc.) são realizados desde 2015 .

A qualidade do centro de treinamento PSI é certificada pela ISO 29990: 2001.

Cooperação com a indústria

A PSI detém cerca de 100 famílias de patentes ativas. Por exemplo, na medicina com técnicas de exame para terapia de prótons contra o câncer ou para a detecção de príons, os causadores da doença da vaca louca . Existem outras no campo da fotociência com processos litográficos especiais para a estruturação de superfícies, no campo ambiental para a reciclagem de terras raras , para catalisadores ou para a gaseificação de biomassa, na ciência dos materiais e em outras áreas. A PSI mantém seu próprio escritório de transferência de tecnologia para patentes.

Por exemplo, detectores para câmeras de raios X de alto desempenho que foram desenvolvidos para o Synchrotron Light Source Switzerland SLS e com os quais os materiais podem ser representados no nível atômico foram patenteados. Com base nisso, foi fundada a DECTRIS, a maior cisão até o momento a partir do PSI. Em 2017, a Debiopharm, empresa sediada em Lausanne, licenciou o ingrediente ativo 177Lu-PSIG-2, desenvolvido no Centro de Ciências Radiofarmacêuticas do PSI. O ingrediente ativo contra um tipo de câncer de tireoide deve ser desenvolvido sob o nome DEBIO 1124 e apresentado para aprovação e prontidão para o mercado. Outro spin-off de PSI, GratXray, trabalha com um método baseado em contraste de fase baseado em interferometria de grade. Ele foi originalmente desenvolvido para caracterizar a radiação síncrotron e um dia se tornará o padrão ouro para exames de mama em rastreamento de câncer. A nova tecnologia já foi usada em um protótipo para o qual a PSI trabalhou com a Philips .

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