Paul Scherrer Institut (PSI) — крупный междисциплинарный научно-исследовательский институт в Швейцарии, носит имя швейцарского физика Пауля Шеррера . Расположен в кантоне Аргау , на территориях коммун Филлиген и Вюренлинген , на берегах реки Аре , занимает площадь около 35 гектар . Организационно входит в (ETH-Bereich). Число сотрудников составляет 2100 человек . 37% исследований посвящены материаловедению, 24% — наукам о жизни, 19% — энергетике, 11% — ядерной энергии и безопасности, 9% — физике элементарных частиц .

В PSI функционирует комплекс научно-исследовательских установок, на которых проводят эксперименты исследователи многих национальных и иностранных организаций. Так, в 2017 году свыше 2500 учёных из 60 организаций приезжали в PSI для проведения своих исследований .

История

Институт образован в 1988 слиянием EIR (Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung, Федеральным институтом исследования реакторов, основан в 1960) и SIN (Schweizerisches Institut für Nuklearphysik, Швейцарский институт ядерных исследований, основан в 1968). Институты находились на противоположных берегах реки Аре, один сосредоточен на вопросах ядерной энергии , второй — на ядерной физике и физике частиц .

С 1984 года вошедший в PSI институт SIN управляет центром протонной терапии , к 2020 году свыше 9000 пациентов с онкологическими заболеваниями получили облучение пучком протонов.

Ускорители и крупные исследовательские установки

Протонный ускорительный комплекс

Крупнейшая установка института, на базе которой строятся эксперименты с нейтронами и мюонами — это ускорительный комплекс, ускоряющий интенсивный пучок протонов до энергии 590 МэВ . Комплекс функционирует с 1984 года.

Источник и ускоритель Кокрофта-Уолтона

Пучок протонов производится в ионном источнике , использующем циклотронный резонанс для ионизации ( ). Протоны вытягиваются напряжением 60 кВ, и затем ускоряются до 870 кэВ в электростатическом ускорителе Кокрофта-Уолтона , который служит форинжектором для следующей ступени комплекса .

Инжектор

С 1984 года второй ступенью служит Инжектор-2, представляющий собой 72 МэВ секторный изохронный циклотрон . Магнит состоит из 4 секторов общим весом 760 тонн, в промежутках расположены 4 ускоряющих резонатора с частотой 50 МГц.

590 МэВ циклотрон

Сердцем комплекса является 590 МэВ секторный изохронный циклотрон, состоящий из 8 спиральных магнитов с инжекцией на радиусе 2.1 м, и выпуске с радиуса 4.5 м. 4 основных ускоряющих резонатора работают на частоте 50 МГц, и ускоряют пучок до максимальной энергии за 186 оборотов (со старыми алюминиевыми резонаторами частицы ускорялись за 217 оборотов) . В 1979 году добавлен резонатор 150 МГц, растягивающий сгусток, что повышает его предельную интенсивность. Заложенный при проектировании выпущенный ток 100 мкА был многократно превышен в результате ряда апгрейдов. Выпущенный из циклотрона протонный пучок достигает тока 2.4 мА, и несёт рекордную мощность 1.4 МВт .

Swiss Muon Source (SμS)

Выведенный пучок протонов сбрасывается на углеродную мишень, производя поток пионов , которые на лету распадаются на мюоны . На пучке мюонов проводится ряд экспериментов (FLAME, DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500, LEM).

Swiss Spallation Neutron Source (SINQ)

С 1996 года протонный пучок используется для производства нейтронов, с потоком до 10 ¹⁴ n см ⁻² с ⁻¹ . С 2006 года протонный пучок сбрасывается на мишень MEGAPIE (MEGAwatt PIlot-Experiment) с жидкой (ранее использовалась твёрдая мишень), где в результате реакции скалывания производятся нейтроны. На нейтронном источнике работает 15 пользовательских станций.

Ultracold Neutron Source (UCN)

С 2011 года работает источник UCN . Источник работает в импульсном режиме и использует модератор из замороженного дейтерия при температуре 5 К.

Циклотрон COMET

Начиная с 2007 года для протонной терапии используется первый в мире специализированный сверхпроводящий циклотрон COMET на энергию 250 МэВ, с выводом пучка в 4 комнаты, из них три оборудованы гантри . Ранее для тематики протонной терапии использовался пучок основного исследовательского 590 МэВ циклотрона в режиме деления времени с другими экспериментами.

Swiss Light Source

Электронный синхротрон на энергию 2.4 ГэВ, специализированный источник синхротронного излучения захватил первый пучок в конце 2000 года, с 2001 года работает на пользователей.

SwissFEL

Рентгеновский лазер на свободных электронах представляет собой линейный ускоритель электронов длиной 780 м на энергию 5.8 ГэВ . Пучок с энергией 2.1 ГэВ ответвляется в ЛСЭ мягким рентгеновским излучением Athos, жёсткий рентген излучается в ондуляторе ЛСЭ Aramis пучком на полной энергии. Частота повторения 100 Гц.

См. также

• SNS (нейтронный источник)

Примечания