Instituto Paul Scherrer - Paul Scherrer Institute

El Paul Scherrer Institute ( PSI ) es un instituto de investigación multidisciplinario para las ciencias naturales y de la ingeniería en Suiza. Se encuentra en el cantón de Aargau, en los municipios de Villigen y Würenlingen, a ambos lados del río Aare , y tiene una superficie de más de 35 hectáreas. Al igual que ETH Zurich y EPFL , PSI pertenece al dominio de los Institutos Federales Suizos de Tecnología de la Confederación Suiza. La ISP emplea a unas 2.100 personas. Realiza investigación básica y aplicada en los campos de la materia y los materiales, la salud humana y la energía y el medio ambiente. Aproximadamente el 37% de las actividades de investigación de la ISP se centran en ciencias de los materiales, el 24% en ciencias de la vida, el 19% en energía general, el 11% en energía nuclear y seguridad y el 9% en física de partículas.

PSI desarrolla, construye y opera instalaciones de investigación grandes y complejas y las pone a disposición de las comunidades científicas nacionales e internacionales. En 2017, por ejemplo, más de 2.500 investigadores de 60 países diferentes llegaron a PSI para aprovechar la concentración de instalaciones de investigación a gran escala en la misma ubicación, que es única en todo el mundo. Cada año se llevan a cabo unos 1.900 experimentos en las aproximadamente 40 estaciones de medición de estas instalaciones.

En los últimos años, el instituto ha sido uno de los mayores receptores de dinero del fondo de lotería suizo.

Historia

El instituto, que lleva el nombre del físico suizo Paul Scherrer , fue creado en 1988 cuando EIR ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , Instituto Federal Suizo de Investigación de Reactores, fundado en 1960) se fusionó con SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Instituto Suizo de Investigación Nuclear, fundada en 1968). Los dos institutos ubicados en lados opuestos del río Aare sirvieron como centros nacionales de investigación: uno se centró en la energía nuclear y el otro en la física nuclear y de partículas. A lo largo de los años, la investigación en los centros se expandió a otras áreas, y la física nuclear y de reactores representa solo el 11 por ciento del trabajo de investigación en PSI en la actualidad. Desde que Suiza decidió en 2011 eliminar gradualmente la energía nuclear, esta investigación se ha centrado principalmente en cuestiones de seguridad, como cómo almacenar los desechos radiactivos de forma segura en un depósito geológico profundo.

PSI se encuentra en las orillas derecha e izquierda del río Aare en el cantón de Aargau, Suiza

Desde 1984, PSI ha operado (inicialmente como SIN) el Centro de Terapia de Protones para el tratamiento de pacientes con melanomas oculares y otros tumores ubicados en el interior del cuerpo. Más de 9.000 pacientes han sido tratados allí hasta ahora (estado 2020).

El instituto también participa activamente en la investigación espacial. Por ejemplo, en 1990, los ingenieros de PSI construyeron el detector del telescopio EUVITA para el satélite ruso Spectrum XG, y más tarde también suministraron a la NASA y la ESA detectores para analizar la radiación en el espacio. En 1992, los físicos utilizaron espectrometría de masas con aceleradores y métodos de radiocarbono para determinar la edad de Ötzi , la momia encontrada en un glaciar en los Alpes de Ötztal un año antes, a partir de pequeñas muestras de unos pocos miligramos de hueso, tejido y hierba. Fueron analizados en el acelerador TANDEM en Hönggerberg cerca de Zurich, que en ese momento era operado conjuntamente por ETH Zurich y PSI.

En 2009, el biólogo estructural británico nacido en India Venkatraman Ramakrishnan recibió el Premio Nobel de Química por, entre otras cosas, su investigación en Synchrotron Light Source Switzerland (SLS). El SLS es una de las cuatro instalaciones de investigación a gran escala de PSI. Sus investigaciones allí le permitieron a Ramakrishnan aclarar cómo son los ribosomas y cómo funcionan a nivel de moléculas individuales. Usando la información codificada en los genes, los ribosomas producen proteínas que controlan muchos procesos químicos en los organismos vivos.

En 2010, un equipo internacional de investigadores de PSI utilizó muones negativos para realizar una nueva medición del protón y descubrió que su radio es significativamente más pequeño de lo que se pensaba anteriormente: 0,84184 femtómetros en lugar de 0,8768. Según informes de prensa, este resultado no solo fue sorprendente, sino que también podría cuestionar modelos previos en física. Las mediciones solo fueron posibles con el acelerador de protones HIPA de 590 MeV de PSI porque su haz de muones generado secundariamente es el único en todo el mundo que es lo suficientemente intenso como para realizar el experimento.

En 2011, investigadores de PSI y otros lugares lograron descifrar la estructura básica de la molécula de proteína rodopsina con la ayuda del SLS. Este pigmento óptico actúa como una especie de sensor de luz y juega un papel decisivo en el proceso de la vista.

El llamado "detector de píxeles de barril" construido en PSI era un elemento central en el detector CMS en el centro de investigación nuclear de Ginebra CERN y, por lo tanto, estaba involucrado en la detección del bosón de Higgs. Este descubrimiento, anunciado el 4 de julio de 2012, fue galardonado con el Premio Nobel de Física un año después.

En enero de 2016, se llevaron 20 kilogramos de plutonio de PSI a EE. UU. Según un informe de un periódico, el gobierno federal tenía una instalación secreta de almacenamiento de plutonio en la que se había guardado el material desde la década de 1960 para construir una bomba atómica como estaba planeado en ese momento. El Consejo Federal lo negó, manteniendo el contenido de plutonio-239 del material por debajo del 92 por ciento, lo que significaba que no era material apto para armas. La idea era más bien utilizar el material obtenido de las barras de combustible reprocesadas del reactor de investigación Diorit, que funcionó entre 1960 y 1977, para desarrollar una nueva generación de tipos de elementos combustibles para centrales nucleares. Sin embargo, esto nunca sucedió. Cuando se decidió, en 2011, eliminar gradualmente la energía nucleoeléctrica, quedó claro que el material ya no se utilizaba en Suiza. El Consejo Federal decidió en la Cumbre de Seguridad Nuclear de 2014 cerrar la instalación de almacenamiento de plutonio en Suiza. Un acuerdo bilateral entre los dos países significó que el plutonio podría transferirse a los EE. UU. Para su almacenamiento adicional.

Directores de la ISP
Término	Director
1988-1990	Jean-Pierre Blaser
1990-1991	Anton Menth
1991–1992	Wilfred Hirt (interino)
1992-2002	Meinrad Eberle
2002-2007	Ralph Eichler
2007-2008	Martin Jermann (interino)
2008-2018	Joël Mesot
2019-2020	Thierry Strässle (interino)
Desde el 1 de abril de 2020	Christian Rüegg

En julio de 2017, se investigó y visualizó la alineación tridimensional de magnetización dentro de un objeto magnético tridimensional con la ayuda del SLS sin afectar el material. Se espera que la tecnología sea útil para desarrollar mejores imanes, por ejemplo, para motores o almacenamiento de datos.

Joël François Mesot, el antiguo director de la ISP (2008 a 2018), fue elegido presidente de ETH Zurich a finales de 2018. Su cargo fue asumido temporalmente por el físico y jefe de personal de la ISP Thierry Strässle a partir de enero de 2019. Desde El 1 de abril de 2020, el físico Christian Rüegg ha sido Director de PSI. Anteriormente fue jefe de la división de investigación de PSI Neutrons and Muons.

A lo largo de los años, se han fundado numerosas empresas derivadas de la ISP para poner los resultados de la investigación a disposición de la sociedad en general. La empresa derivada más grande, con 120 empleados, es DECTRIS AG, fundada en 2006 en la cercana Baden, que se especializa en el desarrollo y comercialización de detectores de rayos X. SwissNeutronics AG en Klingnau, que vende componentes ópticos para instalaciones de investigación de neutrones, se fundó ya en 1999. Varias ramas recientes de PSI, como el fabricante de estructuras organometálicas novoMOF o el desarrollador de fármacos leadXpro, se han asentado cerca de PSI en el parque. Innovaare, que fue fundada en 2015 con el apoyo de varias empresas y Canton Aargau.

Edificio de administración de la ISP en PSI Este en Würenlingen

Áreas de investigación y especialización

PSI desarrolla, construye y opera varias instalaciones de aceleración , e. gramo. un ciclotrón de alta corriente de 590 MeV , que en funcionamiento normal suministra una corriente de haz de aproximadamente 2,2 mA. PSI también opera cuatro instalaciones de investigación a gran escala: una fuente de luz de sincrotrón (SLS), que es particularmente brillante y estable, una fuente de neutrones de espalación (SINQ), una fuente de muones (SμS) y un láser de rayos X de electrones libres ( SwissFEL). ). Esto convierte a PSI actualmente (2020) en el único instituto del mundo que proporciona las cuatro sondas más importantes para investigar la estructura y dinámica de la materia condensada (neutrones, muones y radiación de sincrotrón) en un campus para la comunidad internacional de usuarios. Además, las instalaciones de destino de HIPA también producen piones que alimentan la fuente muón y el ultrafríos neutrones fuente UCN produce muy lento, neutrones ultrafríos. Todos estos tipos de partículas se utilizan para la investigación en física de partículas.

La investigación en PSI se lleva a cabo con la ayuda de estas instalaciones. Sus áreas de enfoque incluyen:

Materia y Material

Todos los materiales con los que trabajamos los humanos están formados por átomos . La interacción de los átomos y su disposición determinan las propiedades de un material. La mayoría de los investigadores en el campo de la materia y los materiales en PSI quieren saber más sobre cómo la estructura interna de diferentes materiales se relaciona con sus propiedades observables. La investigación fundamental en esta área contribuye al desarrollo de nuevos materiales con una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, en ingeniería eléctrica , medicina , telecomunicaciones , movilidad , nuevos sistemas de almacenamiento de energía , computadoras cuánticas y espintrónica . Los fenómenos investigados incluyen superconductividad , ferro- y anti- ferromagnetismo , fluidos de espín y aislantes topológicos .

Los neutrones se utilizan intensamente para la investigación de materiales en PSI porque permiten un acceso único y no destructivo al interior de los materiales en una escala que va desde el tamaño de los átomos hasta los objetos de un centímetro de largo. Por lo tanto, sirven como sondas ideales para investigar temas de investigación fundamentales y aplicados, como los sistemas de espín cuántico y su potencial de aplicación en tecnologías informáticas futuras, las funcionalidades de membranas lipídicas complejas y su uso para el transporte y liberación dirigida de sustancias farmacológicas, así como como la estructura de nuevos materiales para el almacenamiento de energía como componentes clave en las redes de energía inteligente.

En física de partículas , los investigadores de PSI están investigando la estructura y propiedades de las capas más internas de materia y qué las mantiene unidas. Los muones, piones y neutrones ultrafríos se utilizan para probar el modelo estándar de partículas elementales, para determinar las constantes naturales fundamentales y para probar teorías que van más allá del modelo estándar. La física de partículas en PSI tiene muchos registros, incluida la determinación más precisa de las constantes de acoplamiento de la interacción débil y la medición más precisa del radio de carga del protón. Algunos experimentos tienen como objetivo encontrar efectos que no están previstos en el Modelo Estándar, pero que podrían corregir inconsistencias en la teoría o resolver fenómenos inexplicables de la astrofísica y la cosmología. Sus resultados hasta ahora concuerdan con el Modelo Estándar. Los ejemplos incluyen el límite superior medido en el experimento MEG de la desintegración hipotética de muones positivos en positrones y fotones, así como el del momento dipolar eléctrico permanente para neutrones.

Los muones no solo son útiles en la física de partículas, sino también en la física del estado sólido y la ciencia de los materiales. El método de espectroscopía de espín muónico (µSR) se utiliza para investigar las propiedades fundamentales de materiales magnéticos y superconductores, así como de semiconductores , aislantes y estructuras semiconductoras, incluidas aplicaciones tecnológicamente relevantes como las células solares.

Energía y medio ambiente

Los investigadores de la ISP están abordando todos los aspectos del uso de la energía con el objetivo de hacer que el suministro de energía sea más sostenible. Las áreas de enfoque incluyen: nuevas tecnologías para energías renovables , almacenamiento de energía de bajas pérdidas, eficiencia energética , combustión de baja contaminación, celdas de combustible , evaluación experimental y basada en modelos de ciclos de energía y materiales, impactos ambientales de la producción y el consumo de energía, y energía nuclear. investigación, en particular seguridad de los reactores y gestión de residuos .

PSI opera la plataforma experimental ESI (Energy System Integration) para responder preguntas específicas sobre el almacenamiento de energía estacional y el acoplamiento del sector . La plataforma se puede utilizar en la investigación y la industria para probar enfoques prometedores para la integración de energías renovables en el sistema energético, por ejemplo, almacenar el exceso de electricidad de la energía solar o eólica en forma de hidrógeno o metano .

En PSI se desarrolló y probó con éxito un método para extraer significativamente más gas metano de los residuos biológicos con la ayuda de la plataforma ESI junto con la compañía eléctrica de Zúrich Energie 360 °. El equipo recibió el Watt d'Or 2018 de la Oficina Federal de Energía de Suiza .

También se mantiene una plataforma para la investigación de catalizadores en PSI. La catálisis es un componente central en varios procesos de conversión de energía, por ejemplo en las pilas de combustible, la electrólisis del agua y la metanización de dióxido de carbono.

Para probar las emisiones contaminantes de varios procesos de producción de energía y el comportamiento de las sustancias correspondientes en la atmósfera, PSI también opera una cámara de smog.

Otra área de investigación en PSI es sobre los efectos de la producción de energía en la atmósfera a nivel local, incluso en los Alpes, en las regiones polares de la Tierra y en China.

La División de Seguridad y Energía Nuclear se dedica a mantener un buen nivel de experiencia nuclear y, por lo tanto, a capacitar a científicos e ingenieros en energía nuclear. Por ejemplo, PSI mantiene uno de los pocos laboratorios en Europa para investigar barras de combustible en reactores comerciales. La división trabaja en estrecha colaboración con ETH Zurich , EPFL y la Universidad de Berna , utilizando, por ejemplo, sus computadoras de alto rendimiento o el reactor de investigación CROCUS en EPFL.

Salud humana

PSI es una de las instituciones líderes a nivel mundial en la investigación y aplicación de la terapia de protones para el tratamiento del cáncer. Desde 1984, el Centro de Terapia de Protones ha tratado con éxito a pacientes con cáncer con una forma especial de radioterapia. Hasta la fecha, se han irradiado más de 7500 pacientes con tumores oculares (estado 2020). La tasa de éxito de la terapia ocular con las instalaciones de OPTIS es superior al 98 por ciento.

En 1996, se equipó por primera vez una unidad de irradiación (Gantry 1) para utilizar la llamada técnica de protones de barrido puntual desarrollada en PSI. Con esta técnica, los tumores que se encuentran en las profundidades del cuerpo se escanean en tres dimensiones con un haz de protones de entre 5 y 7 mm de ancho. Al superponer muchos puntos de protones individuales (alrededor de 10.000 puntos por litro de volumen), el tumor se expone uniformemente a la dosis de radiación necesaria, que se controla individualmente para cada punto. Esto permite una irradiación extremadamente precisa y homogénea que se adapta de manera óptima a la forma generalmente irregular del tumor. La técnica permite preservar la mayor cantidad posible de tejido sano circundante. El primer pórtico estuvo en funcionamiento para pacientes desde 1996 hasta finales de 2018. En 2013, entró en funcionamiento el segundo pórtico 2, desarrollado en PSI, y a mediados de 2018 se inauguró otra estación de tratamiento, pórtico 3.

En el campo de la radiofarmacia , la infraestructura de PSI cubre todo el espectro. En particular, los investigadores de PSI están abordando tumores muy pequeños distribuidos por todo el cuerpo. Éstos no pueden tratarse con las técnicas habituales de radioterapia. Sin embargo, se han producido nuevos radionucleidos de aplicación médica con la ayuda de los aceleradores de protones y la fuente de neutrones SINQ en PSI. Cuando se combinan para la terapia con biomoléculas especiales, los llamados anticuerpos , se pueden formar moléculas terapéuticas para detectar selectiva y específicamente células tumorales. A continuación, se marcan con un isótopo radiactivo. Su radiación se puede localizar con técnicas de imagen como SPECT o PET , que permiten el diagnóstico de tumores y sus metástasis. Además, se puede dosificar para que también destruya las células tumorales. Varias de estas sustancias radiactivas se han desarrollado en PSI. Actualmente se están probando en ensayos clínicos, en estrecha cooperación con universidades, clínicas y la industria farmacéutica. PSI también suministra radiofármacos a los hospitales locales si es necesario.

Desde la apertura de Synchrotron Light Source Switzerland (SLS), la biología estructural ha sido otro foco de investigación en el campo de la salud humana. Aquí, se investiga la estructura y función de las biomoléculas, preferiblemente a resolución atómica. Los investigadores de PSI se preocupan principalmente por las proteínas. Cada célula viva necesita una gran cantidad de estas moléculas para, por ejemplo, poder metabolizar, recibir y transmitir señales o dividirse. El objetivo es comprender mejor estos procesos vitales y así poder tratar o prevenir enfermedades de manera más eficaz.

Por ejemplo, PSI está investigando la estructura de las estructuras filamentosas, los llamados microtúbulos , que, entre otras cosas, separan los cromosomas durante la división celular. Consisten en largas cadenas de proteínas. Cuando la quimioterapia se usa para tratar el cáncer, altera el ensamblaje o la ruptura de estas cadenas para que las células cancerosas ya no puedan dividirse. Los investigadores están observando de cerca la estructura de estas proteínas y cómo cambian para descubrir exactamente dónde tienen que atacar los microtúbulos los medicamentos contra el cáncer. Con la ayuda del láser de rayos X de electrones libres SwissFEL de PSI , que se inauguró en 2016, los investigadores han podido analizar procesos dinámicos en biomoléculas con una resolución de tiempo extremadamente alta: menos de una billonésima de segundo (picosegundo). Por ejemplo, han detectado cómo determinadas proteínas de los fotorreceptores de la retina de nuestros ojos se activan con la luz.

Aceleradores y grandes instalaciones de investigación en PSI

Instalación de acelerador de protones

Si bien el acelerador de protones de PSI , que entró en servicio en 1974, se usó principalmente en los primeros días para la física de partículas elementales , hoy en día se centra en las aplicaciones de la física del estado sólido , los radiofármacos y la terapia del cáncer. Desde que comenzó a funcionar, se ha desarrollado constantemente y su rendimiento actual es de hasta 2,4 mA, que es 24 veces superior a los 100 µA iniciales. Es por eso que la instalación ahora se considera un acelerador de protones de alto rendimiento, o HIPA (High Intensity Proton Accelerator) para abreviar. Básicamente, consta de tres aceleradores en serie: el Cockcroft-Walton, el ciclotrón inyector-2 y el ciclotrón de anillo. Aceleran los protones a alrededor del 80 por ciento de la velocidad de la luz .

Fuente de protones y Cockcroft-Walton

En una fuente de protones basada en resonancia de ciclotrón , las microondas se utilizan para extraer electrones de los átomos de hidrógeno. Lo que queda son los núcleos atómicos de hidrógeno, cada uno de los cuales consta de un solo protón. Estos protones salen de la fuente con un potencial de 60 kilovoltios y luego se someten a un voltaje adicional de 810 kilovoltios en un tubo acelerador. Ambos voltajes son suministrados por un acelerador Cockcroft-Walton . Con un total de 870 kilovoltios, los protones se aceleran a una velocidad de 46 millones de km / ho 4 por ciento de la velocidad de la luz. Luego, los protones se introducen en el Inyector-2.

Injektor-1

Con el Inyector-1, se pueden alcanzar corrientes de funcionamiento de 170 µA y corrientes pico de 200 µA. También se utilizó para experimentos de baja energía, para la terapia ocular OPTIS y para el experimento LiSoR en el proyecto MEGAPIE. Desde el 1 de diciembre de 2010, este acelerador de anillo ha estado fuera de servicio.

Injektor-2

Injektor-2

Escribe:	Ciclotrón isócrono de espalda en espiral
Imanes:	4 unidades
Masa total del imán:	760 toneladas
Elementos aceleradores:	4 resonadores (50 MHz)
Energía de extracción:	72 MeV

El Inyector-2, que se puso en servicio en 1984 y fue desarrollado por lo que entonces era SIN, reemplazó al Inyector-1 como máquina de inyección para el ciclotrón de anillo de 590 MeV. Inicialmente, era posible operar el Inyector-1 y el Inyector-2 alternativamente, pero ahora solo se usa el Inyector-2 para alimentar el haz de protones en el anillo. El nuevo ciclotrón ha permitido un aumento en la corriente del haz de 1 a 2 mA, que fue el valor récord absoluto para la década de 1980. En la actualidad, el inyector-2 emite una corriente de haz de ± 2,2 mA en funcionamiento de rutina y 2,4 mA en funcionamiento de alta corriente a 72 MeV, que es aproximadamente el 38 por ciento de la velocidad de la luz.

Originalmente, dos resonadores funcionaban a 150 MHz en modo plano para permitir una clara separación de las órbitas de los protones, pero ahora también se utilizan para la aceleración. Parte del haz de protones de 72 MeV extraído se puede dividir para la producción de isótopos , mientras que la parte principal se alimenta al ciclotrón de anillo para una mayor aceleración.

Anillo

Ciclotrón de anillo PSI

Escribe:	Ciclotrón isócrono de espalda en espiral
Imanes:	8 unidades
Masa total del imán:	2000 t
Elementos aceleradores:	4 (5) cavidades (50 MHz)
Energía de extracción:	590 MeV

Al igual que el Inyector-2, el Ciclotrón de Anillo, que tiene una circunferencia de unos 48 m, entró en funcionamiento en 1974. Fue desarrollado especialmente en SIN y está en el corazón de las instalaciones del acelerador de protones PSI. Los protones se aceleran al 80 por ciento de la velocidad de la luz en la pista de aproximadamente 4 km de largo, que los protones cubren dentro del anillo en 186 vueltas. Esto corresponde a una energía cinética de 590 MeV. Sólo existen tres de estos anillos en todo el mundo, a saber: TRIUMF en Vancouver, Canadá; LAMPF en Los Alamos, Estados Unidos; y el de PSI. TRIUMF solo ha alcanzado corrientes de haz de 500 µA y LAMPF 1 mA.

Además de las cuatro cavidades originales , en 1979 se agregó una quinta cavidad más pequeña. Se opera a 150 megahercios como una cavidad de superficie plana y ha permitido un aumento significativo en el número de partículas extraídas. Desde 2008, todas las antiguas cavidades de aluminio del ciclotrón de anillo se han reemplazado por nuevas cavidades de cobre. Estos permiten amplitudes de voltaje más altas y, por lo tanto, una mayor aceleración de los protones por revolución. Por tanto, el número de revoluciones de los protones en el ciclotrón podría reducirse de aprox. 200 a 186, y la distancia recorrida por los protones en el ciclotrón disminuyó de 6 km a 4 km. Con una corriente de haz de 2,2 mA, esta instalación de protones en PSI es actualmente el acelerador de partículas continuo más potente del mundo. El haz de protones de 1,3 MW de potencia se dirige hacia la fuente de muones (SμS) y la fuente de neutrones de espalación (SINQ).

Fuente de muones suizos (SμS)

En medio de la gran sala experimental, el haz de protones del Ciclotrón de Anillo choca con dos objetivos: los anillos de carbono . Durante las colisiones de los protones con los núcleos de carbono atómico, los piones se forman primero y luego se descomponen en muones después de aproximadamente 26 mil millonésimas de segundo. Luego, los imanes dirigen estos muones a los instrumentos utilizados en la ciencia de los materiales y la física de partículas. Gracias a la enorme corriente de protones del Ciclotrón del Anillo, la fuente de muones es capaz de generar los haces de muones más intensos del mundo. Estos permiten a los investigadores realizar experimentos en física de partículas y ciencia de materiales que no se pueden llevar a cabo en ningún otro lugar.

Swiss Muon Source (SμS) tiene siete líneas de luz que los científicos pueden utilizar para investigar varios aspectos de la física moderna. Algunos científicos de materiales los utilizan para experimentos de espectroscopia de espín de muones . PSI es el único lugar en el mundo donde un haz de muones de suficiente intensidad está disponible a una energía muy baja de solo unos pocos kiloelectrones voltios, gracias a la alta intensidad de muones de la fuente de muones y un proceso especial. Los muones resultantes son lo suficientemente lentos como para analizar capas delgadas de material y superficies. Seis estaciones de medición (FLAME (a partir de 2021), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 y LEM) con instrumentos para una amplia gama de aplicaciones están disponibles para tales investigaciones.

Los físicos de partículas están utilizando algunas de las líneas de luz para realizar mediciones de alta precisión para probar los límites del Modelo Estándar.

Fuente de neutrones de espalación suiza (SINQ)

La fuente de neutrones SINQ, que ha estado en funcionamiento desde 1996, fue la primera y sigue siendo la más potente de su tipo. Entrega un flujo de neutrones continuo de 10 ¹⁴ n cm ⁻² s ⁻¹ . En SINQ, los protones del acelerador de partículas grandes golpean un objetivo principal y eliminan los neutrones de los núcleos principales, dejándolos disponibles para experimentos. Además de los neutrones térmicos , un moderador hecho de deuterio líquido también permite la producción de neutrones lentos, que tienen un espectro de energía más bajo .

El MEGAPIE Target ( Mega Watt Pi lot- E xperiment) entró en funcionamiento en el verano de 2006. Al reemplazar el objetivo sólido con un objetivo hecho de un eutéctico de plomo-bismuto , el rendimiento de neutrones podría incrementarse en aproximadamente otro 80%.

Dado que sería muy costoso deshacerse del objetivo MEGAPIE, la ISP decidió en 2009 no producir otro objetivo de este tipo y, en su lugar, seguir desarrollando el objetivo sólido, ya que ya había demostrado su valía. Con base en los hallazgos del proyecto MEGAPIE, fue posible obtener un aumento casi tan grande en el rendimiento de neutrones para operar con un objetivo sólido.

SINQ fue una de las primeras instalaciones en utilizar sistemas de guía óptica especialmente desarrollados para transportar neutrones lentos. Los conductos de vidrio revestidos de metal conducen los neutrones a distancias más largas (algunas decenas de metros) mediante reflexión total, análoga a la conducción de la luz en las fibras de vidrio, con una baja pérdida de intensidad. La eficiencia de estas guías de neutrones ha aumentado constantemente con los avances en la tecnología de fabricación. Es por eso que PSI decidió llevar a cabo una actualización integral en 2019. Cuando SINQ vuelva a funcionar en el verano de 2020, podrá proporcionar, en promedio, cinco veces más neutrones para experimentos y, en un caso especial, incluso 30 veces. más.

Los 15 instrumentos de SINQ no solo se utilizan para proyectos de investigación de PSI, sino que también están disponibles para usuarios nacionales e internacionales.

Fuente de neutrones ultrafríos (UCN)

Desde 2011, PSI también ha estado operando una segunda fuente de neutrones de espalación para la generación de neutrones ultrafríos (UCN). A diferencia de SINQ, es pulsado y utiliza el haz completo de HIPA, pero normalmente solo durante 8 segundos cada 5 minutos. El diseño es similar al de SINQ. Sin embargo, para enfriar los neutrones, utiliza deuterio congelado a una temperatura de 5 Kelvin (correspondiente a -268 grados Celsius) como moderador del frío. El UCN generado se puede almacenar en la instalación y observar durante unos minutos en experimentos.

Ciclotrón COMET

Este ciclotrón superconductor de 250 MeV ha estado en funcionamiento para la terapia de protones desde 2007 y proporciona el rayo para el tratamiento de tumores en pacientes con cáncer. Fue el primer ciclotrón superconductor del mundo que se utilizó para la terapia de protones. Anteriormente, parte del haz de protones del ciclotrón de anillo se separaba para este propósito, pero desde 2007 la instalación médica ha estado produciendo su propio haz de protones de forma independiente, que suministra varias estaciones de irradiación para terapia. Mientras tanto, otros componentes de la instalación, los equipos periféricos y los sistemas de control también se han mejorado, de modo que hoy la instalación está disponible más del 98 por ciento del tiempo con más de 7000 horas de funcionamiento al año.

Fuente de luz suiza (SLS)

Swiss Light Source (SLS), un sincrotrón de electrones , ha estado en funcionamiento desde el 1 de agosto de 2001. Funciona como una especie de máquina combinada de rayos X y microscopio para examinar una amplia variedad de sustancias. En la estructura circular, los electrones se mueven en una trayectoria circular de 288 m de circunferencia, emitiendo radiación de sincrotrón en dirección tangencial . Un total de 350 imanes mantienen el haz de electrones en su curso y lo enfocan. Las cavidades de aceleración aseguran que la velocidad del rayo permanezca constante.

Vista panorámica de la fuente de luz suiza

Desde 2008, el SLS ha sido el acelerador con el haz de electrones más delgado del mundo. Los investigadores y técnicos de PSI han estado trabajando en esto durante ocho años y han ajustado repetidamente cada uno de los muchos imanes. El SLS ofrece un espectro muy amplio de radiación de sincrotrón, desde luz infrarroja hasta rayos X duros. Esto permite a los investigadores tomar fotografías microscópicas dentro de objetos, materiales y tejidos para, por ejemplo, mejorar materiales o desarrollar fármacos.

En 2017, un nuevo instrumento en el SLS hizo posible mirar dentro de un chip de computadora por primera vez sin destruirlo. Se hicieron visibles estructuras como líneas eléctricas estrechas de 45 nanómetros y transistores de 34 nanómetros de alto. Esta tecnología permite a los fabricantes de chips, por ejemplo, comprobar si sus productos cumplen las especificaciones con mayor facilidad.

Actualmente, bajo el título provisional "SLS 2.0", se están haciendo planes para actualizar el SLS y así crear una fuente de luz de sincrotrón de cuarta generación.

SwissFEL

El láser de electrones libres SwissFEL fue inaugurado oficialmente el 5 de diciembre de 2016 por el Consejero Federal Johann Schneider-Ammann. En 2018, entró en funcionamiento la primera línea de luz ARAMIS. La segunda línea de luz ATHOS está programada para seguir en otoño de 2020. En todo el mundo, solo cuatro instalaciones comparables están en funcionamiento.

Centro de entrenamiento

El Centro de Educación de la ISP tiene más de 30 años de experiencia en la capacitación y la provisión de educación superior en campos técnicos e interdisciplinarios. Entrena a más de 3.000 participantes anualmente.

El Centro ofrece una amplia gama de cursos de formación básica y avanzada tanto para profesionales como para otras personas que trabajan con radiaciones ionizantes o materiales radiactivos. Los cursos, en los que los participantes adquieren la experiencia pertinente, son reconocidos por la Oficina Federal de Salud Pública (FOPH) y la Inspección Federal Suiza de Seguridad Nuclear (ENSI).

También imparte cursos de formación básica y avanzada para el personal de PSI y las personas interesadas del dominio ETH. Desde 2015, también se han realizado cursos sobre desarrollo de recursos humanos (como manejo de conflictos , talleres de liderazgo, comunicación y habilidades transferibles).

La calidad del Centro de Educación PSI está certificada (ISO 29990: 2001).

Cooperación con la industria

PSI tiene alrededor de 100 familias de patentes activas, por ejemplo, en medicina, con técnicas de investigación para la terapia de protones contra el cáncer o para la detección de priones, la causa de la enfermedad de las vacas locas . Otras familias de patentes se encuentran en el campo de la fotociencia, con procesos especiales de litografía para estructurar superficies, en las ciencias ambientales para el reciclaje de tierras raras , para los catalizadores o para la gasificación de biomasa, en las ciencias de los materiales y en otros campos. PSI mantiene su propia oficina de transferencia de tecnología para patentes.

Por ejemplo, se han concedido patentes para detectores utilizados en cámaras de rayos X de alto rendimiento desarrolladas para Swiss Synchrotron Light Source SLS, que pueden utilizarse para investigar materiales a nivel atómico. Estos proporcionaron la base para fundar la empresa DECTRIS, la mayor escisión hasta la fecha que surgió de PSI. En 2017, la empresa Debiopharm con sede en Lausana obtuvo la licencia del principio activo 177Lu-PSIG-2, que se desarrolló en el Centro de Ciencias Radiofarmacéuticas de PSI. Esta sustancia es eficaz para tratar un tipo de cáncer de tiroides. Se desarrollará aún más bajo el nombre DEBIO 1124 con el objetivo de que se apruebe y esté listo para su lanzamiento al mercado. Otro derivado de PSI, GratXray, trabaja con un método basado en contrastes de fase en interferometría de celosía. El método se desarrolló originalmente para caracterizar la radiación de sincrotrón y se espera que se convierta en el estándar de oro en la detección del cáncer de mama. La nueva tecnología ya se ha utilizado en un prototipo que PSI desarrolló en colaboración con Philips.

Ver también

Referencias

enlaces externos

Coordenadas : 47 ° 32′10 ″ N 8 ° 13′22 ″ E / 47.53611 ° N 8.22278 ° E / 47.53611; 8.22278

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