El Instituto Paul Scherrer ( PSI ) es un instituto de investigación multidisciplinario de ciencias naturales y de ingeniería en Suiza. Está ubicado 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 la ETH de Zúrich y la EPFL , el PSI pertenece al dominio ETH de la Confederación Suiza. El PSI emplea a unas 3000 personas. [3] 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 del PSI se centran en las ciencias de los materiales, el 24% en las ciencias de la vida, el 19% en la energía general, el 11% en la energía nuclear y la seguridad, y el 9% en la física de partículas. [4]
El PSI desarrolla, construye y opera instalaciones de investigación grandes y complejas y las pone a disposición de la comunidad científica nacional e internacional. En 2017, por ejemplo, más de 2.500 investigadores de 60 países diferentes llegaron al PSI para aprovechar la concentración de instalaciones de investigación a gran escala en un mismo lugar, algo único en el mundo. [3] Cada año se realizan alrededor de 1.900 experimentos en las aproximadamente 40 estaciones de medición de estas instalaciones. [5]
En los últimos años, el instituto ha sido 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 de Investigación de Reactores, fundado en 1960) se fusionó con el SIN ( Schweizerisches Institut für Nuklearphysik , Instituto Suizo de Investigación Nuclear, fundado en 1968). Los dos institutos, situados en orillas opuestas del río Aare, sirvieron como centros nacionales de investigación: uno centrado 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 solo el 11 por ciento del trabajo de investigación en el PSI en la actualidad. Desde que Suiza decidió en 2011 eliminar gradualmente la energía nuclear, [9] esta investigación se ha centrado principalmente en cuestiones de seguridad, como la forma de almacenar residuos radiactivos de forma segura en un depósito geológico profundo. [10]
Desde 1984, el PSI ha operado (inicialmente como SIN) el centro de terapia de protones para el tratamiento de pacientes con melanomas oculares y otros tumores localizados en las capas más profundas del cuerpo. Hasta ahora, se han tratado allí más de 9000 pacientes (situación 2020). [11]
El instituto también se dedica a la investigación espacial. Por ejemplo, en 1990 los ingenieros del 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 la espectrometría de masas con acelerador y métodos de radiocarbono para determinar la edad de Ötzi , la momia encontrada en un glaciar de los Alpes de Ötztal un año antes, a partir de pequeñas muestras de apenas unos miligramos de hueso, tejido y hierba. [12] Se analizaron en el acelerador TANDEM en el Hönggerberg cerca de Zúrich, que en ese momento era operado conjuntamente por la ETH de Zúrich y el PSI.
En 2009, el biólogo estructural británico nacido en la India Venkatraman Ramakrishnan recibió el Premio Nobel de Química por, entre otras cosas, sus investigaciones en el Synchrotron Light Source Switzerland (SLS). El SLS es una de las cuatro instalaciones de investigación a gran escala del 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 creía anteriormente: 0,84184 femtómetros en lugar de 0,8768. Según informes de prensa, este resultado no solo fue sorprendente, sino que también podría poner en tela de juicio los modelos anteriores de la física. [13] Las mediciones solo fueron posibles con el acelerador de protones HIPA de 590 MeV del 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 centros lograron descifrar la estructura básica de la molécula proteica rodopsina con la ayuda del SLS. Este pigmento óptico actúa como una especie de sensor de luz y desempeña un papel decisivo en el proceso de la visión. [15]
El denominado «detector de píxeles de barril» construido en el PSI fue un elemento central del detector CMS del centro de investigación nuclear de Ginebra, el CERN , y por tanto participó en la detección del bosón de Higgs. Este descubrimiento, anunciado el 4 de julio de 2012, recibió el Premio Nobel de Física un año después. [16]
En enero de 2016, 20 kilogramos de plutonio fueron llevados de PSI a los EE. UU. Según un artículo de prensa, [17] el gobierno federal tenía un almacén secreto de plutonio en el que se guardaba el material desde los años 60 para construir una bomba atómica como se planeaba en ese momento. El Consejo Federal lo negó, afirmando 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 funcionó entre 1960 y 1977, para desarrollar una nueva generación de tipos de elementos combustibles para centrales nucleares. [19] Sin embargo, esto nunca se llevó a cabo. Cuando, en 2011, se decidió eliminar gradualmente la energía nuclear, ya había quedado claro que ya no había uso para el material en Suiza. El Consejo Federal decidió en la Cumbre de Seguridad Nuclear de 2014 cerrar el almacén de plutonio suizo. Un acuerdo bilateral entre ambos países significó que el plutonio podría luego ser transferido 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 el material. Se espera que la tecnología sea útil para desarrollar mejores imanes, por ejemplo, para motores o almacenamiento de datos. [21]
Joël François Mesot, director del PSI durante muchos años (2008-2018), fue elegido presidente de la ETH de Zúrich a finales de 2018. Su puesto fue asumido temporalmente por el físico y jefe de gabinete del 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 Neutrones y Muones del PSI.
A lo largo de los años se han fundado numerosas empresas derivadas de PSI para poner los resultados de las investigaciones 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, 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 filiales recientes de PSI, como el fabricante de estructuras metalorgánicas novoMOF o el desarrollador de fármacos leadXpro, se han establecido cerca de PSI en el Park Innovaare, que se fundó en 2015 con el apoyo de varias empresas y del cantón de Argovia. [24]
El PSI desarrolla, construye y opera varias instalaciones de aceleradores , por ejemplo, un ciclotrón de alta corriente de 590 MeV , que en funcionamiento normal suministra una corriente de haz de aproximadamente 2,2 mA. El 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 por espalación (SINQ), una fuente de muones (SμS) y un láser de electrones libres de rayos X ( SwissFEL ). Esto hace que el PSI sea actualmente (2020) 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 de 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 el PSI se lleva a cabo con la ayuda de estas instalaciones. Sus áreas de interés 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 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 antiferromagnetismo , fluidos de espín y aislantes topológicos . [25]
Los neutrones se utilizan intensamente en la investigación de materiales en el 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 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 las membranas lipídicas complejas y su uso para el transporte y la liberación dirigida 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 del PSI están investigando la estructura y las propiedades de las capas más internas de la materia y lo que las mantiene unidas. [27] Los 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 el 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 inexplicados 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 [29] así como el del momento dipolar eléctrico permanente para neutrones. [30]
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. [31] El método de espectroscopia de espín de muones (μSR) se utiliza para investigar las propiedades fundamentales de los materiales magnéticos y superconductores, así como de semiconductores , aislantes y estructuras de semiconductores, incluidas aplicaciones tecnológicamente relevantes como las células solares.
Los investigadores del 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 interés incluyen: nuevas tecnologías para energías renovables , almacenamiento de energía con bajas pérdidas, eficiencia energética , combustión con baja contaminación, 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 e investigación sobre energía nuclear , en particular seguridad de 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 entre sectores . La plataforma puede utilizarse 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 de la energía solar o eólica en forma de hidrógeno o metano . [32]
En el PSI se desarrolló y probó con éxito, con la ayuda de la plataforma ESI y en colaboración con la empresa eléctrica de Zúrich Energie 360°, un método para extraer una cantidad considerablemente mayor de gas metano de los residuos biológicos. El equipo recibió el premio Watt d'Or 2018 de la Oficina Federal de Energía de Suiza .
En el PSI también se mantiene una plataforma para la investigación de catalizadores. 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 del dióxido de carbono.
Para comprobar las emisiones contaminantes de los distintos procesos de producción de energía y el comportamiento de las sustancias correspondientes en la atmósfera, el PSI también utiliza una cámara de smog. [33]
Otro ámbito de investigación del PSI se centra en los efectos de la producción de energía en la atmósfera a nivel local, incluso en los Alpes, en las regiones polares de la Tierra [34] y en China. [35]
La División de Energía Nuclear y Seguridad se dedica a mantener un buen nivel de conocimientos nucleares y, por lo tanto, a formar 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 la ETH de Zúrich , la EPFL y la Universidad de Berna , utilizando, por ejemplo, sus ordenadores de alto rendimiento o el reactor de investigación CROCUS de la EPFL.
El 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 (datos de 2020). La tasa de éxito de la terapia ocular con el sistema OPTIS es superior al 98 por ciento. [36]
En 1996 se equipó por primera vez una unidad de irradiación (Gantry 1) para utilizar la llamada técnica de protones de escaneo puntual desarrollada en PSI. Con esta técnica, los tumores en el interior 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, aproximadamente 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 forma óptima a la forma generalmente irregular del tumor. [37] La técnica permite preservar la mayor cantidad posible de tejido sano circundante. El primer gantry estuvo en funcionamiento para pacientes desde 1996 hasta finales de 2018. En 2013, entró en funcionamiento el segundo Gantry 2, desarrollado en PSI, y a mediados de 2018 se inauguró otra estación de tratamiento, Gantry 3. [38]
En el campo de la radiofarmacia , la infraestructura del PSI cubre todo el espectro. En particular, los investigadores del PSI están abordando tumores muy pequeños distribuidos por todo el cuerpo. [39] Estos no pueden tratarse con las técnicas de radioterapia habituales. Sin embargo, con la ayuda de los aceleradores de protones y la fuente de neutrones SINQ del PSI se han producido nuevos radionucleidos de aplicación médica. Cuando se combinan para la terapia con biomoléculas especiales ( anticuerpos ), se pueden formar moléculas terapéuticas para detectar de forma selectiva y específica las células tumorales. A continuación, se marcan con un isótopo radiactivo. Su radiación se puede localizar con técnicas de imagen como SPECT o PET , lo que permite el diagnóstico de tumores y sus metástasis. Además, se puede dosificar de manera que también destruya las células tumorales. En el PSI se han desarrollado varias de estas sustancias radiactivas. Actualmente se están probando en ensayos clínicos, en estrecha cooperación con universidades, clínicas y la industria farmacéutica. [40] El PSI también suministra radiofármacos a los hospitales locales si es necesario. [41]
Desde la inauguración del Synchrotron Light Source Switzerland (SLS), la biología estructural ha sido otro de los focos de investigación en el ámbito de la salud humana. En este campo se estudia la estructura y la función de las biomoléculas, preferentemente con resolución atómica. Los investigadores del PSI se centran principalmente en las proteínas. Toda 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, de este modo, poder tratar o prevenir enfermedades de forma más eficaz. [42]
Por ejemplo, el PSI está investigando la estructura de los microtúbulos , estructuras filamentosas que, entre otras cosas, separan los cromosomas durante la división celular. Están formadas por largas cadenas de proteínas. Cuando se utiliza quimioterapia para tratar el cáncer, se altera el ensamblaje o la descomposición de estas cadenas, de modo que las células cancerosas ya no pueden dividirse. Los investigadores están observando atentamente la estructura de estas proteínas y cómo cambian para averiguar exactamente dónde los medicamentos contra el cáncer tienen que atacar a los microtúbulos. [43] [44] Con la ayuda del láser de rayos X de electrones libres SwissFEL del 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 se activan determinadas proteínas en los fotorreceptores de la retina de nuestros ojos con la luz.
Aunque 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 en día se centra en aplicaciones para la física del estado sólido , los radiofármacos y la terapia contra el cáncer. [8] Desde que empezó a funcionar, se ha ido desarrollando constantemente y su rendimiento actual es de hasta 2,4 mA, lo que es 24 veces superior a los 100 μA iniciales. [46] Por ello, la instalación se considera ahora 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 . [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 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/h o el 4 por ciento de la velocidad de la luz. [48] Los protones se introducen luego en el Inyector-2.
Con el Inyector-1 se pueden alcanzar corrientes de funcionamiento de 170 μA y corrientes de pico de 200 μA. También se ha utilizado 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 anillos se encuentra fuera de servicio.
El Inyector-2, que se puso en funcionamiento en 1984 y fue desarrollado por lo que entonces era el SIN, reemplazó al Inyector-1 como máquina de inyección para el ciclotrón de anillo de 590 MeV. Inicialmente, era posible operar alternativamente el Inyector-1 y el Inyector-2, pero ahora solo se utiliza el Inyector-2 para alimentar el haz de protones al 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. Hoy, el Inyector-2 entrega una corriente del 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]
En un principio, se utilizaban dos resonadores a 150 MHz en modo flat-top para separar claramente las órbitas de los protones, pero ahora también se utilizan para la aceleración. Una parte del haz de protones de 72 MeV extraído se puede separar 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 Inyector-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 del PSI. Los protones se aceleran al 80 por ciento de la velocidad de la luz en la pista de aproximadamente 4 km de longitud, que los protones cubren dentro del anillo en 186 vueltas. Esto corresponde a una energía cinética de 590 MeV. [50] Solo 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 solo ha alcanzado corrientes de haz de 500 μA y LAMPF 1 mA.
Además de las cuatro cavidades originales , en 1979 se añadió una quinta cavidad más pequeña. Funciona a 150 megahercios como 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 sustituido por nuevas cavidades de cobre. Estas permiten mayores amplitudes de voltaje y, por lo 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 aproximadamente 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 haz de protones de 1,3 MW de potencia se dirige hacia la fuente de muones (SμS) y la fuente de neutrones por espalación (SINQ).
En el centro de la gran sala de experimentos, el haz de protones del ciclotrón anular choca con dos objetivos: anillos de carbono . Durante las colisiones de los protones con los núcleos atómicos de carbono, primero se forman piones que luego se desintegran en muones después de aproximadamente 26 milmillonésimas de segundo. Luego, los imanes dirigen estos muones a instrumentos utilizados en la ciencia de los materiales y la física de partículas. [51] Gracias a la corriente de protones enormemente alta del ciclotrón anular, la fuente de muones es capaz de generar los haces de muones más intensos del mundo. [52] Esto permite a los investigadores realizar experimentos en física de partículas y ciencia de los 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 las utilizan para experimentos de espectroscopia de espín de muones . PSI es el único lugar del mundo donde se dispone de un haz de muones de suficiente intensidad a una energía muy baja de solo unos pocos kiloelectronvoltios, 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] 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 haz para realizar mediciones de alta precisión para probar los límites del Modelo Estándar.
La fuente de neutrones SINQ, que ha estado en funcionamiento 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 chocan con un objetivo de plomo y sacan los neutrones de los núcleos de plomo, dejándolos disponibles para experimentos. [46] Además de 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. Al sustituir el objetivo sólido por un objetivo hecho de un eutéctico de plomo y bismuto , el rendimiento neutrónico podría aumentarse en aproximadamente otro 80%. [55]
Dado que la eliminación del blanco MEGAPIE resultaría muy costosa, en 2009 PSI decidió no producir otro blanco de este tipo y, en su lugar, seguir desarrollando el blanco sólido, que ya había demostrado su eficacia. Basándose en los resultados del proyecto MEGAPIE, fue posible obtener un aumento casi tan grande en el rendimiento de neutrones para el funcionamiento con un blanco 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 (decenas de metros) mediante reflexión total, análoga a la conducción de la luz en fibras de vidrio, con una baja pérdida de intensidad. La eficiencia de estos conductores de neutrones ha aumentado constantemente con los avances en la tecnología de fabricación. Por eso, 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 sólo se utilizan para proyectos de investigación de PSI, sino que también están disponibles para usuarios nacionales e internacionales.
Desde 2011, PSI también ha estado operando una segunda fuente de neutrones por espalación para la generación de neutrones ultrafríos (UCN). [56] A diferencia de SINQ, es pulsada 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 frío. 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 que se utilizó para la terapia de protones. Hasta ahora, una parte del haz de protones del ciclotrón en anillo se separaba para este fin, pero desde 2007 el centro médico produce su propio haz de protones de forma independiente, que alimenta varias estaciones de irradiación para la terapia. [57] Entretanto, también se han mejorado otros componentes de la instalación, el equipo periférico y los sistemas de control, de modo que hoy en día la instalación está disponible más del 98 por ciento del tiempo con más de 7000 horas de funcionamiento al año.
El Swiss Light Source (SLS), [58] [59] un sincrotrón de electrones , está en funcionamiento desde el 1 de agosto de 2001. Funciona como una especie de máquina de rayos X y microscopio combinados 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 haz permanezca constante.
Desde 2008, el SLS es el acelerador con el haz de electrones más fino del mundo. Los investigadores y técnicos del PSI llevan ocho años trabajando en ello y han ajustado repetidamente cada uno de los numerosos 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 imágenes 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 dentro de un chip de ordenador sin destruirlo. Se hicieron visibles estructuras como líneas eléctricas de 45 nanómetros de ancho y transistores de 34 nanómetros de alto. Esta tecnología permite, por ejemplo, a los fabricantes de chips comprobar más fácilmente si sus productos cumplen las especificaciones. [60]
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. [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. Está previsto que la segunda línea de luz ATHOS se ponga en funcionamiento en otoño de 2020. [62] En todo el mundo solo hay cuatro instalaciones comparables en funcionamiento. [63]
El Centro de Educación de la PSI cuenta con más de 30 años de experiencia en la formación y la impartición de cursos de formación continua en ámbitos técnicos e interdisciplinarios. Capacita anualmente a más de 3.000 participantes. [64]
El centro ofrece una amplia gama de cursos de formación básica y avanzada, tanto para profesionales como para quienes 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 (OFS) y la Inspección Federal de Seguridad Nuclear (ENSI).
También organiza 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 gestión de conflictos , talleres de liderazgo, comunicación y habilidades transferibles).
La calidad del Centro Educativo PSI está certificada (ISO 29990:2001).
El PSI tiene en activo cerca de 100 familias de patentes [65] , por ejemplo, en el campo de la medicina, con técnicas de investigación para la terapia de protones contra el cáncer o para la detección de priones, causantes 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 medioambientales para el reciclaje de tierras raras , para catalizadores o para la gasificación de biomasa, en las ciencias de los materiales y en otros campos. El 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 se pueden utilizar para investigar materiales a nivel atómico. Estas proporcionaron la base para fundar la empresa DECTRIS , la mayor empresa derivada hasta la fecha surgida de PSI. [68] En 2017, la empresa Debiopharm, con sede en Lausana, licenció la sustancia activa 177Lu-PSIG-2, que se desarrolló en el Centro de Ciencias Radiofarmacéuticas de PSI. Esta sustancia es eficaz en el tratamiento de un tipo de cáncer de tiroides. Se seguirá desarrollando bajo el nombre de DEBIO 1124 con el objetivo de que se apruebe y esté lista para su lanzamiento al mercado. Otra empresa derivada de PSI, GratXray, trabaja con un método basado en contrastes de fase en interferometría de red. 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.
47°32′10″N 8°13′22″E / 47.53611°N 8.22278°E / 47.53611; 8.22278
