El Instituto Paul Scherrer ( PSI ) es un instituto de investigación multidisciplinario de ciencias naturales y de ingeniería en Suiza. Se encuentra en el cantón de Argovia, en los municipios de Villigen y Würenlingen, a ambos lados del río Aare , y cubre un área de más de 35 hectáreas. [2] Al igual que ETH Zurich y EPFL , PSI pertenece al dominio de los Institutos Federales Suizos de Tecnología de la Confederación Suiza. El PSI emplea a unas 3.000 personas. [3] Lleva a cabo investigaciones básicas y aplicadas 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 PSI se centran en ciencias de los materiales, el 24% en ciencias de la vida, el 19% en energía general, el 11% en energía y seguridad nucleares y el 9% en física de partículas. [4]
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 vinieron a PSI para aprovechar la concentración de instalaciones de investigación a gran escala en el mismo lugar, única en el mundo. [3] Cada año se llevan a cabo alrededor de 1.900 experimentos en las aproximadamente 40 estaciones de medición de estas instalaciones. [5]
En los últimos años, el instituto es uno de los mayores receptores de dinero del fondo de lotería suizo. [6]
El instituto, que lleva el nombre del físico suizo Paul Scherrer , fue creado en 1988 cuando el EIR ( Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung , Instituto Federal Suizo para la Investigación de Reactores, fundado en 1960) se fusionó con el SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Instituto Suizo para la Investigación Nuclear, fundada en 1968). Los dos institutos situados a orillas opuestas del río Aa sirven como centros nacionales de investigación: uno se centra en la energía nuclear y el otro en la física nuclear y de partículas. [7] Con el paso de los años, la investigación en los centros se expandió a otras áreas, [8] y la física nuclear y de reactores representa sólo el 11 por ciento del trabajo de investigación en PSI en la actualidad. Desde que Suiza decidió en 2011 eliminar progresivamente la energía nuclear, [9] esta investigación se ha centrado principalmente en cuestiones de seguridad, como por ejemplo cómo almacenar los residuos radiactivos de forma segura en un depósito geológico profundo. [10]
Desde 1984, PSI opera (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. Hasta ahora han sido tratados allí más de 9.000 pacientes (estado 2020). [11]
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 acelerador 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 apenas unos pocos miligramos de hueso, tejido y hierba. [12] Estos fueron analizados en el acelerador TANDEM en Hönggerberg, cerca de Zurich, que en aquel momento era operado conjuntamente por ETH Zurich y PSI.
El biólogo estructural británico Venkatraman Ramakrishnan, nacido en India , recibió en 2009 el Premio Nobel de Química, entre otras cosas, por sus investigaciones en la fuente de luz sincrotrón de Suiza (SLS). El SLS es una de las cuatro instalaciones de investigación a gran escala de PSI. Sus investigaciones allí permitieron a Ramakrishnan aclarar cómo son los ribosomas y cómo funcionan a nivel de moléculas individuales. Utilizando 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 del PSI utilizó muones negativos para realizar una nueva medición del protón y descubrió que su radio es significativamente menor de lo que se pensaba anteriormente: 0,84184 femtómetros en lugar de 0,8768. Según informes de prensa, este resultado no sólo fue sorprendente, sino que también podría cuestionar los modelos físicos anteriores. [13] Las mediciones sólo 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. [14]
En 2011, investigadores del PSI y de otros lugares lograron descifrar la estructura básica de la molécula proteica rodopsina con ayuda del SLS. Este pigmento óptico actúa como una especie de sensor de luz y desempeña un papel decisivo en el proceso de visión. [15]
El llamado "detector de píxeles de barril" construido en PSI era un elemento central del detector CMS del centro de investigación nuclear CERN de Ginebra y, por tanto, participaba en la detección del bosón de Higgs. Este descubrimiento, anunciado el 4 de julio de 2012, mereció el Premio Nobel de Física un año después. [dieciséis]
En enero de 2016, se llevaron 20 kilogramos de plutonio de PSI a Estados Unidos. Según un informe periodístico, [17] el gobierno federal tenía una instalación secreta de almacenamiento de plutonio en la que se guardaba el material desde los años 1960 para construir una bomba atómica como se planeó en ese momento. El Consejo Federal lo negó y sostuvo que el contenido de plutonio-239 del material era inferior al 92 por ciento, lo que significaba que no era material apto para armas. [18] La idea era más bien utilizar el material obtenido de las barras de combustible reprocesadas del reactor de investigación Diorit, que estuvo en funcionamiento entre 1960 y 1977, para desarrollar una nueva generación de tipos de elementos combustibles para centrales nucleares. [19] Esto, sin embargo, nunca sucedió. Cuando en 2011 se decidió eliminar progresivamente la energía nuclear, quedó claro que ya no había ningún uso para el material en Suiza. En la Cumbre de Seguridad Nuclear de 2014 , el Consejo Federal decidió cerrar la instalación suiza de almacenamiento de plutonio. Un acuerdo bilateral entre los dos países significó que el plutonio podría luego transferirse a Estados Unidos para su posterior almacenamiento. [20]
En julio de 2017, se investigó y visualizó la alineación tridimensional de la magnetización dentro de un objeto magnético tridimensional con la ayuda del SLS sin afectar al material. Se espera que la tecnología sea útil para desarrollar mejores imanes, por ejemplo para motores o almacenamiento de datos. [21]
Joël François Mesot, antiguo director de la PSI (de 2008 a 2018), fue elegido presidente de la ETH Zurich a finales de 2018. Su puesto fue asumido temporalmente por el físico y jefe de gabinete de la PSI, Thierry Strässle, a partir de enero de 2019. [ 22] Desde el 1 de abril de 2020, el físico Christian Rüegg es director del PSI. Anteriormente fue jefe de la división de investigación de Neutrones y Muones de PSI.
A lo largo de los años se han fundado numerosas empresas derivadas de PSI para poner los resultados de la investigación a disposición de la sociedad en general. [23] La mayor empresa derivada, con 120 empleados, es DECTRIS AG , fundada en 2006 en la cercana Baden y especializada en el desarrollo y comercialización de detectores de rayos X. En 1999 se fundó SwissNeutronics AG en Klingnau, que vende componentes ópticos para instalaciones de investigación de neutrones. Cerca de PSI se han instalado en el parque varias filiales recientes de PSI, como el fabricante de estructuras organometálicas novoMOF o el desarrollador de fármacos leadXpro. Innovaare, fundada en 2015 con el apoyo de varias empresas y del cantón de Aargau. [24]
PSI desarrolla, construye y opera varias instalaciones de aceleradores , p. 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), particularmente brillante y estable, una fuente de neutrones por 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 la dinámica de la materia condensada (neutrones, muones y radiación sincrotrón) en un campus para la comunidad internacional de usuarios. Además, las instalaciones objetivo de HIPA también producen piones que alimentan la fuente de muones y la fuente de neutrones ultrafríos UCN produce neutrones ultrafríos muy lentos. 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:
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 de PSI quieren saber más sobre cómo se relaciona la estructura interna de diferentes materiales con sus propiedades observables. La investigación fundamental en este campo 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 , ordenadores cuánticos y espintrónica . Los fenómenos investigados incluyen superconductividad , ferromagnetismo y antiferromagnetismo , fluidos de espín y aislantes topológicos . [25]
Los neutrones se utilizan intensamente en 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 átomos hasta objetos de un centímetro de largo. [26] 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 futuras tecnologías informáticas, las funcionalidades de membranas lipídicas complejas y su uso para el transporte y la liberación selectiva de sustancias farmacológicas. , así como la estructura de nuevos materiales para el almacenamiento de energía como componentes clave en redes energéticas inteligentes.
En física de partículas , los investigadores de PSI están investigando la estructura y las propiedades de las capas más internas de la materia y lo que las mantiene unidas. [27] Muones, piones y neutrones ultrafríos se utilizan para probar el modelo estándar de partículas elementales, para determinar constantes naturales fundamentales y para probar teorías que van más allá del modelo estándar. La física de partículas en PSI tiene muchos récords, 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. [28] 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 desde la astrofísica y la cosmología. Sus resultados hasta el momento concuerdan con el modelo estándar. Los ejemplos incluyen el límite superior medido en el experimento MEG de la hipotética desintegración de muones positivos en positrones y fotones [29], así como el del momento dipolar eléctrico permanente para los neutrones. [30]
Los muones no sólo son útiles en la física de partículas, sino también en la física del estado sólido y la ciencia de los materiales. [31] El método de espectroscopia de espín de muón (μSR) se utiliza para investigar las propiedades fundamentales de materiales magnéticos y superconductores, así como de semiconductores , aislantes y estructuras de semiconductores, incluidas aplicaciones tecnológicamente relevantes, como las células solares.
Los investigadores de PSI 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 con bajas pérdidas, eficiencia energética , combustión poco contaminante, pilas de combustible , evaluación experimental y basada en modelos de los ciclos de energía y materiales, impactos ambientales de la producción y el consumo de energía, y energía nuclear. investigación, en particular la seguridad de los reactores y la 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 sectorial . La plataforma se puede utilizar en la investigación y la industria para probar enfoques prometedores para integrar energías renovables en el sistema energético, por ejemplo, almacenar el exceso de electricidad procedente de energía solar o eólica en forma de hidrógeno o metano . [32]
En PSI se desarrolló y probó con éxito un método para extraer una cantidad significativamente mayor de gas metano de los residuos biológicos con ayuda de la plataforma ESI junto con la empresa energética de Zurich Energie 360°. El equipo recibió el Watt d'Or 2018 de la Oficina Federal Suiza de Energía .
En PSI también se mantiene una plataforma para la investigación de catalizadores. La catálisis es un componente central en diversos procesos de conversión de energía, por ejemplo en pilas de combustible, electrólisis del agua y metanación de dióxido de carbono.
Para comprobar las emisiones contaminantes de distintos procesos de producción de energía y el comportamiento de las sustancias correspondientes en la atmósfera, PSI también utiliza una cámara de smog. [33]
Otro campo de investigación en PSI es el de los efectos de la producción de energía en la atmósfera a nivel local, incluidos los Alpes, las regiones polares de la Tierra [34] y China. [35]
La División de Seguridad y Energía Nuclear se dedica a mantener un buen nivel de experiencia nuclear y, por tanto, a formar 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 ordenadores de alto rendimiento o el reactor de investigación CROCUS de la EPFL.
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 trata 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 utilizando las instalaciones OPTIS es superior al 98 por ciento. [36]
En 1996, se equipó por primera vez una unidad de irradiación (Gantry 1) para utilizar la técnica denominada de escaneo puntual de protones desarrollada en PSI. Con esta técnica, los tumores profundos del cuerpo se escanean tridimensionalmente con un haz de protones de aproximadamente 5 a 7 mm de ancho. Al superponer muchos puntos de protones individuales (alrededor de 10.000 puntos por litro de volumen), el tumor queda expuesto 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 forma óptima a la forma habitualmente irregular del tumor. [37] 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, el pórtico 3. [38]
En el ámbito 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. [39] Estos no pueden tratarse con las técnicas habituales de radioterapia. Sin embargo, con la ayuda de los aceleradores de protones y la fuente de neutrones SINQ en PSI se han producido nuevos radionucleidos de aplicación médica. Cuando se combinan para la terapia con biomoléculas especiales, los llamados anticuerpos , se pueden formar moléculas terapéuticas para detectar de forma selectiva y específica las células tumorales. Luego se marcan con un isótopo radiactivo. Su radiación puede localizarse con técnicas de imagen como SPECT o PET , lo que permite el diagnóstico de tumores y sus metástasis. Además, se puede dosificar de modo que también destruya las células tumorales. En PSI se han desarrollado varias sustancias radiactivas de este tipo. Actualmente se están probando en ensayos clínicos, en estrecha colaboración con universidades, clínicas y la industria farmacéutica. [40] PSI también suministra radiofármacos a los hospitales locales si es necesario. [41]
Desde la inauguración de la fuente de luz sincrotrón en Suiza (SLS), la biología estructural ha sido otro foco de investigación en el campo de la salud humana. Aquí se investigan la estructura y función de las biomoléculas, preferiblemente con resolución atómica. Los investigadores de PSI se ocupan principalmente de las proteínas. Cada célula viva necesita multitud 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 forma más eficaz. [42]
PSI investiga, por ejemplo, la estructura de estructuras filamentosas, los llamados microtúbulos , que, entre otras cosas, separan los cromosomas durante la división celular. Están formados por largas cadenas de proteínas. Cuando se utiliza quimioterapia para tratar el cáncer, se altera el ensamblaje o la ruptura de estas cadenas, de modo que las células cancerosas ya no pueden 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. [43] [44] 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 temporal extremadamente alta: menos de una billonésima de segundo ( picosegundo). [45] Por ejemplo, han detectado cómo determinadas proteínas de los fotorreceptores de la retina de nuestros ojos se activan con la luz.
Mientras que el acelerador de protones de PSI , que entró en servicio en 1974, se utilizó principalmente en sus inicios para la física de partículas elementales , hoy la atención se centra en aplicaciones para la física del estado sólido , los radiofármacos y la terapia contra el cáncer. [8] Desde que comenzó a funcionar, se ha desarrollado constantemente y su rendimiento actual es de hasta 2,4 mA, que es 24 veces mayor que los 100 μA iniciales. [46] Esta es la razón por la que la instalación ahora se considera un acelerador de protones de alto rendimiento, o HIPA (Acelerador de protones de alta intensidad), para abreviar. Básicamente, consta de tres aceleradores en serie: el Cockcroft-Walton, el ciclotrón de inyector-2 y el ciclotrón de anillo. Aceleran los protones a alrededor del 80 por ciento de la velocidad de la luz . [47]
En una fuente de protones basada en resonancia ciclotrónica , se utilizan microondas 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 abandonan la fuente con un potencial de 60 kilovoltios y luego son sometidos a una tensión 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 kilómetros por hora o el 4 por ciento de la velocidad de la luz. [48] Los protones luego se introducen en el Inyector-2.
Con el Inyector-1, se podrían alcanzar corrientes operativas de 170 μA y corrientes máximas 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 anillo acelerador se encuentra fuera de funcionamiento.
El Injector-2, que fue encargado en 1984 y desarrollado por lo que entonces era SIN, reemplazó al Injector-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 al anillo. El nuevo ciclotrón ha permitido aumentar la corriente del haz de 1 a 2 mA, que fue el valor récord absoluto de los años 80. Hoy en día, el inyector-2 entrega una corriente de haz de ≈ 2,2 mA en operación de rutina y 2,4 mA en operación de alta corriente a 72 MeV, que es aproximadamente el 38 por ciento de la velocidad de la luz. [49]
Originalmente se utilizaban dos resonadores 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 introduce en el ciclotrón de anillo para una mayor aceleración.
Al igual que el Injector-2, el ciclotrón de anillo, que tiene una circunferencia de unos 48 m, entró en funcionamiento en 1974. Fue desarrollado especialmente en el SIN y se encuentra en el corazón de las instalaciones del acelerador de protones PSI. Los protones son acelerados al 80 por ciento de la velocidad de la luz en la pista de aproximadamente 4 kilómetros de longitud, que los protones recorren dentro del anillo en 186 vueltas. Esto corresponde a una energía cinética de 590 MeV. [50] Sólo existen tres anillos de este tipo en todo el mundo, a saber: TRIUMF en Vancouver, Canadá; LAMPF en Los Álamos, EE.UU.; y el de PSI. TRIUMF sólo ha alcanzado corrientes de haz de 500 μA y LAMPF de 1 mA.
Además de las cuatro cavidades originales , en 1979 se añadió una quinta cavidad más pequeña. Funciona 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 Ring Cyclotron han sido reemplazadas por nuevas cavidades de cobre. Estos permiten mayores amplitudes de tensión y, por tanto, una mayor aceleración de los protones por revolución. De este modo se pudo reducir el número de revoluciones de los protones en el ciclotrón 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 continuo de partículas más potente del mundo. El potente haz de protones de 1,3 MW se dirige hacia la fuente de muones (SμS) y la fuente de neutrones de espalación (SINQ).
En medio de la gran sala de experimentos, el haz de protones del ciclotrón de anillos choca contra dos objetivos: anillos de carbono . Durante las colisiones de los protones con los núcleos atómicos de carbono, primero se forman piones y después de aproximadamente 26 milmillonésimas de segundo se desintegran en muones . Luego, los imanes dirigen estos muones a instrumentos utilizados en la ciencia de materiales y la física de partículas. [51] Gracias a la enorme corriente de protones del ciclotrón de anillo, la fuente de muones es capaz de generar los rayos de muones más intensos del mundo. [52] 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.
La Fuente Suiza de Muones (SμS) tiene siete líneas de luz que los científicos pueden utilizar para investigar diversos 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 está disponible un haz de muones de intensidad suficiente con una energía muy baja de sólo unos pocos kiloelectrones voltios, gracias a la alta intensidad de muones de la Fuente de Muones y a un proceso especial. Los muones resultantes son lo suficientemente lentos como para usarse para analizar capas delgadas de material y superficies. [53] Para este tipo de investigaciones se encuentran disponibles seis estaciones de medición (FLAME (a partir de 2021), DOLLY, GPD, GPS, HAL-9500 y LEM) con instrumentos para una amplia gama de aplicaciones.
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.
La fuente de neutrones SINQ, que funciona desde 1996, fue la primera y sigue siendo la más potente de su tipo. Proporciona un flujo de neutrones continuo de 10 14 n cm −2 s −1 . [54] En SINQ, los protones del gran acelerador de partículas golpean un objetivo de plomo y eliminan los neutrones de los núcleos de plomo, dejándolos disponibles para experimentos. [46] 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 objetivo MEGAPIE ( Mega Watt Pilot - Experiment ) entró en funcionamiento en el verano de 2006. Reemplazando el objetivo sólido por un objetivo hecho de un eutéctico de plomo-bismuto , el rendimiento de neutrones se pudo aumentar en aproximadamente otro 80%. [55]
Dado que sería muy costoso deshacerse del objetivo MEGAPIE, en 2009 PSI decidió no producir otro objetivo similar y, en cambio, desarrollar aún más el objetivo sólido, ya que ya había demostrado su valía. Según los resultados del proyecto MEGAPIE, fue posible obtener un aumento casi igual en el rendimiento de neutrones para el funcionamiento 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 recubiertos de metal guían los neutrones a distancias más largas (unas pocas decenas de metros) mediante una 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. Por este motivo, PSI decidió llevar a cabo una actualización integral en 2019. Cuando SINQ vuelva a estar operativo en el verano de 2020, podrá proporcionar, en promedio, cinco veces más neutrones para experimentos y, en un caso especial, incluso 30 veces más. 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.
Desde 2011, PSI también opera una segunda fuente de neutrones por espalación para la generación de neutrones ultrafríos (UCN). [56] A diferencia de SINQ, es pulsado y utiliza el haz completo de HIPA, pero normalmente sólo durante 8 segundos cada 5 minutos. El diseño es similar al de SINQ. Sin embargo, para enfriar los neutrones utiliza como moderador frío deuterio congelado a una temperatura de 5 Kelvin (correspondiente a -268 grados Celsius). El UCN generado se puede almacenar en la instalación y observar durante unos minutos en experimentos.
Este ciclotrón superconductor de 250 MeV se utiliza desde 2007 para la terapia de protones y proporciona el haz para el tratamiento de tumores en pacientes con cáncer. Fue el primer ciclotrón superconductor del mundo utilizado para terapia de protones. Hasta ahora se separaba para ello una parte del haz de protones del ciclotrón de anillo, pero desde 2007 el centro médico produce de forma independiente su propio haz de protones, que suministra varias estaciones de irradiación para terapia. [57] Mientras tanto, también se han mejorado otros componentes de la instalación, los equipos periféricos y los sistemas de control, de modo que hoy la instalación está disponible más del 98 por ciento del tiempo con más de 7.000 horas de funcionamiento al año.
La Fuente de Luz Suiza (SLS), [58] [59] un sincrotrón de electrones , está 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 sincrotrón en dirección tangencial . En total, 350 imanes mantienen el haz de electrones en su trayectoria y lo enfocan. Las cavidades de aceleración garantizan que la velocidad del haz permanezca constante.
Desde 2008, el SLS es el acelerador con el haz de electrones más fino 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 sincrotrón, desde luz infrarroja hasta rayos X duros. Esto permite a los investigadores tomar fotografías microscópicas del interior de objetos, materiales y tejidos para, por ejemplo, mejorar materiales o desarrollar fármacos. [8]
En 2017, un nuevo instrumento del SLS permitió por primera vez mirar el interior de un chip de ordenador 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 más fácilmente si sus productos cumplen las especificaciones. [60]
Actualmente, bajo el título provisional "SLS 2.0", se está planificando modernizar el SLS y crear así una fuente de luz sincrotrón de cuarta generación. [61]
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 prevista para otoño de 2020. [62] En todo el mundo, sólo hay cuatro instalaciones comparables en funcionamiento. [63]
El Centro Educativo PSI tiene más de 30 años de experiencia en capacitación y educación superior en campos técnicos e interdisciplinarios. Forma a más de 3.000 participantes anualmente. [64]
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 los conocimientos pertinentes, están reconocidos por la Oficina Federal de Salud Pública (FOPH) y la Inspección Federal Suiza de Seguridad Nuclear (ENSI).
También imparte cursos de formación básicos y avanzados para el personal de PSI y las personas interesadas del dominio ETH. Desde 2015 también se realizan cursos sobre desarrollo de recursos humanos (como gestión de conflictos , talleres de liderazgo, comunicación y habilidades transferibles).
La calidad del Centro Educativo PSI está certificada (ISO 29990:2001).
PSI posee alrededor de 100 familias de patentes activas [65] , 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 litográficos especiales para estructurar superficies, en las ciencias ambientales para el reciclaje de tierras raras , para catalizadores o para la gasificación de biomasa, en las ciencias de los materiales y en otros campos. La PSI mantiene su propia oficina de transferencia de tecnología para patentes. [66] [67]
Por ejemplo, se han concedido patentes para detectores utilizados en cámaras de rayos X de alto rendimiento desarrolladas para la fuente de luz sincrotrón suiza SLS, que pueden utilizarse para investigar materiales a nivel atómico. Estos sirvieron de base para la fundación de la empresa DECTRIS , la mayor spin-off surgida hasta la fecha de PSI. [68] 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 del PSI. Esta sustancia es eficaz en el tratamiento de un tipo de cáncer de tiroides. Se seguirá desarrollando bajo el nombre DEBIO 1124 con el objetivo de aprobarlo y prepararlo para su lanzamiento al mercado. Otra empresa derivada de PSI, GratXray, trabaja con un método basado en contrastes de fase en interferometría reticular. El método se desarrolló originalmente para caracterizar la radiación 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.
47°32′10″N 8°13′22″E / 47.53611°N 8.22278°E / 47.53611; 8.22278
