47°32′10″ с. ш. 8°13′22″ в. д.HGЯO

Институт Пауля Шеррера (Nuvmnmrm Hgrlx Oyjjyjg)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Институт Пауля Шеррера
(PSI)
Изображение логотипа
Институт расположен на обоих берегах реки Аре.
Институт расположен на обоих берегах реки Аре.
Международное название Paul Scherrer Institut
Основан 1988
Директор Christian Rüegg
Сотрудников 2100
Расположение Флаг Швейцарии, кантон Аргау
Сайт psi.ch
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

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[1]. Организационно входит в домен швейцарских федеральных технологических институтов[англ.] (ETH-Bereich). Число сотрудников составляет 2100 человек[2]. 37% исследований посвящены материаловедению, 24% — наукам о жизни, 19% — энергетике, 11% — ядерной энергии и безопасности, 9% — физике элементарных частиц[3].

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[2].

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[4].

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.[5]

Директоры PSI
1988–1990 Jean-Pierre Blaser
1990–1991 Anton Menth
1991–1992 Wilfred Hirt (Interim)
1992–2002 Meinrad Eberle
2002–2007 Ralph Eichler
2007–2008 Martin Jermann (Interim)
2008–2018 Joël Mesot
2019–2020 Thierry Strässle (Interim)
с 1 апреля 2020 Christian Rüegg

Ускорители и крупные исследовательские установки

[править | править код]

Протонный ускорительный комплекс

[править | править код]

Крупнейшая установка института, на базе которой строятся эксперименты с нейтронами и мюонами — это ускорительный комплекс, ускоряющий интенсивный пучок протонов до энергии 590 МэВ[6]. Комплекс функционирует с 1984 года.

Источник и ускоритель Кокрофта-Уолтона

[править | править код]

Пучок протонов производится в ионном источнике, использующем циклотронный резонанс для ионизации (ECRIS). Протоны вытягиваются напряжением 60 кВ, и затем ускоряются до 870 кэВ в электростатическом ускорителе Кокрофта-Уолтона, который служит форинжектором для следующей ступени комплекса[7].

С 1984 года второй ступенью служит Инжектор-2, представляющий собой 72 МэВ секторный изохронный циклотрон[8]. Магнит состоит из 4 секторов общим весом 760 тонн, в промежутках расположены 4 ускоряющих резонатора с частотой 50 МГц.

590 МэВ циклотрон

[править | править код]

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)[7]. 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[9].

Swiss Muon Source (SμS)

[править | править код]

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)

[править | править код]

С 1996 года протонный пучок используется для производства нейтронов, с потоком до 1014n см−2с−1[10]. С 2006 года протонный пучок сбрасывается на мишень MEGAPIE (MEGAwatt PIlot-Experiment) с жидкой свинцово-висмутовой эвтектикой[англ.] (ранее использовалась твёрдая мишень), где в результате реакции скалывания производятся нейтроны. На нейтронном источнике работает 15 пользовательских станций.

Ultracold Neutron Source (UCN)

[править | править код]

С 2011 года работает источник ультрахолодных нейтронов[англ.] UCN[11]. Источник работает в импульсном режиме и использует модератор из замороженного дейтерия при температуре 5 К.

Циклотрон COMET

[править | править код]

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[12]. Ранее для тематики протонной терапии использовался пучок основного исследовательского 590 МэВ циклотрона в режиме деления времени с другими экспериментами.

Панорама в зале синхротрона SLS.

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

Рентгеновский лазер на свободных электронах SwissFEL представляет собой линейный ускоритель электронов длиной 780 м на энергию 5.8 ГэВ[13]. 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.

Примечания

[править | править код]
  1. PSI-magazine 5232 Архивная копия от 6 марта 2019 на Wayback Machine, issue 3/2018, p. 39
  2. 1 2 The Paul Scherrer Institute in brief. Дата обращения: 16 сентября 2023. Архивировано 3 октября 2023 года.
  3. Facts and figures. Дата обращения: 16 сентября 2023. Архивировано 3 октября 2023 года.
  4. Robin Schwarzenbach. Paul Scherrer – der Mann der ETH für Zukunftsthemen. Neue Zürcher Zeitung (15 октября 2018). Дата обращения: 16 сентября 2023. Архивировано 27 марта 2024 года.
  5. Proton Therapy at PSI. Дата обращения: 16 сентября 2023. Архивировано 18 октября 2023 года.
  6. The PSI proton accelerator. Дата обращения: 17 сентября 2023. Архивировано 29 сентября 2023 года.
  7. 1 2 High Power Operation of the PSI Accelerators, U. Schriber et al., Proc. Cyclotrons-1995, Cape Town, South Africa, p.32.
  8. The Commissioning of PSI Injector 2 for High Intensity, High Quality Beams, J.Stetson et al., Proc. Cyclotrons-1992, Vancouver, Canada, p.36.
  9. PSI sets world record with 1.4 MW proton beam. Дата обращения: 17 сентября 2023. Архивировано 22 февраля 2024 года.
  10. SINQ: The Swiss Spallation Neutron Source. Дата обращения: 2 июня 2020. Архивировано 12 августа 2020 года.
  11. Bernhard Lauss (2012-03-02). "Startup of the high-intensity ultracold neutron sourceat the Paul Scherrer Institute" (PDF). CORE. Springer Science. Архивировано (PDF) 18 декабря 2022. Дата обращения: 17 сентября 2023.
  12. The proton accelerator COMET. Дата обращения: 17 сентября 2023. Архивировано 3 октября 2023 года.
  13. SwissFEL: Accelerators and Beamlines. Дата обращения: 17 сентября 2023. Архивировано 24 сентября 2023 года.