Paul Scherrer Institut
Das
Paul-Scherrer-Institut ist ein multidisziplinäres Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften. Es entstand 1988 aus dem Zusammenschluss des 1960 gegründeten EIR (
Eidgenössisches
Institut für
Reaktorforschung) und dem 1968 gegründeten SIN (
Schweizerisches
Institut für
Nuklearphysik)
Das PSI betreibt nebst verschiedenen anderen Forschungszweigen (und einer hervorragenden Kantine) auch mehrere Beschleunigeranlagen. Darunter ein 590MeV Hochstromzyklotron, welches aktuell (2004) einen Strahlstrom von ~2mA liefert, eine Spallations-Neutronenquelle, eine Synchrotronlichtquelle, die sich durch hervorragende Brillanz und Stabilität auszeichnet; um nur die wichtigsten zu nennen.
Nebst Material- und Grundlagenforschung wird am PSI sehr erfolgreich an Therapieanlagen zur Tumorbehandlung mittels Protonen (Projekt Proscan) gearbeitet mit dem Ziel diese Technik zur Marktreife zu bringen und für den Spitaleinsatz vorzubereiten.
Auf dem Areal des PSI befindet sich auch die ZWILAG Zwischenlager Würenlingen AG.
Forschungsbereiche
Mensch und Gesundheit
Festkörperforschung mit Neutronen
Mikro- und Nanotechnologie
Teilchen und Materie
Nukleare Energie und Sicherheit
Allgemeine Energie
Myonen Spin Spektroskopie
Protonenbeschleunigeranlage
Injektor-1
Technische Daten
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Typ:
| Spiralrücken Zyklotron
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Magnet:
| H-Förmig
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Gewicht des Magneten:
| 500t
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Polplatten Durchmesser:
| 250cm
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Polplatten Abstand:
| 20cm
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Polplatten Form:
| 4 auf die Polplatten geschraubte Spiralrücken
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Volumen Vakuumkammer:
| 20m3
|
Das
1974 in Betrieb genommene, von der Firma
Philips erbaute
Injektorzyklotron erfüllte anfänglich zwei Funktionen: zu 75% der Strahlzeit, diente es als Injektor, zur Beschleunigung eines
Protonenstrahls auf 72MeV, welcher anschliessend Durch das Ringzyklotron auf seine Endenergie von 590MeV gebracht wurde. Die restlichen 25% der Strahlzeit, diente diese Maschine zur Erzeugung von Teilchen mit variabler Energie, für Niederenergie Expertimente.
Das
Hochfrequenz-Beschleunigungssystem wurde für die beiden Einsatzzwecke verschieden ausgelegt. Die Beschleunigung im Injektormodus erfolgte bei 50MHz mit einer Spannung von 70kV. Die Beschleunigung erfolgte zwei mal pro Umlauf, so dass die Teilchen 500mal kreisten, bis sie die Extraktionsenergie von 72MeV erreicht hatten. Dieser Teil wurde jedoch
1991 ausser Betrieb genommen.
Für den Betrieb mit variabler Energie, kann die Frequenz mittels einer verschiebbaren Kurzschlussplatte zwischen 4,6 und 17MHz der gewünschten Energie angepasst werden.
Der Injektor-1 verfügt über drei Ionenquellen: Eine interne Quelle (RIQ) für
Protonen,
Deuteronen,
Alpha-Teilchen und schwere
Ionen; eine externe polarisierte Quelle (PIQ) für Protonen und Deuteronen (welche jedoch mittlerweile ausser Betrieb ist) und eine ebenfalls externe
Mikrowellenquelle (ECR), mit welcher Protonen,
Argon-Ionen und
Xenon-Ionen erzeugt werden. Diese wurde jedoch erst
1997 nachträglich eingebaut.
Mit dem Injektor-1 wurden Betriebsströme um 170µA und Spitzenströme um 200µA erreicht.
Aktuell wird der Injektor-1 für Niederenergie Experimente, für die OPTIS-Augentherapie und für das LiSoR-Experiment im Rahmen des Megapie Projekts genutzt.
Injektor-2
Der
1984 in Betrieb genommene Injektor-2, eine Eigenentwicklung des damaligen SIN, löste den Injektor-1 als Einschussmaschine für das 590MeV
Ringzyklotron ab. Anfänglich war noch ein wechselnder Betrieb zwischen Injektor-1 und Injektor-2 möglich, inzwischen wird nur noch der Injektor-2 zur Injektion des
Protonenstrahles in den Ring genutzt. Durch das neue Zyklotron, wurde es möglich, den
Strahlstrom auf 1-2mA anzuheben, für die
80er Jahre ein absoluter Spitzenwert. Aktuell (
2004) liefert der Injektor-2 einen Strahlstrom von ~2mA.
Ursprünglich wurden zwei Resonatoren mit 150MHz im Flattop-Betrieb betrieben, um eine saubere Trennung der Protonenbahnen zu erhalten, inzwischen werden jedoch auch diese mit 50MHz zur Beschleunigung eingesetzt.
Aus dem extrahierten 72MeV Protonenstrahl kann ein Teil zur
Isotopenproduktion oder für Experimente abgeschnitten werden.
Ring
Das
1974 in Betrieb genommene Ring-Zyklotron ist wie der Injektor-2 eine Eigenentwicklung des damaligen SIN und Herzstück der PSI
Protonenbeschleunigeranlagen. Seit
1978 werden dort routinemässig Strahlströme über 100µA erreicht. Aufgrund dieses hohen Strahlstromes, wird das PSI auch als
Mesonenfabrik bezeichnet. Weltweit gibt es nur deren drei, nämlich :
TRIUMF in
Vancouver,
Kanada; LAMPF in
Los Alamos,
USA und das PSI in Villigen,
Schweiz; wobei die ersten Beiden, nur einen Strahlstrom von 500µA (TRIUMF) bzw. 1mA (LAMPF) erreichten. Während der ca. 6km langen Strecke, welche die Protonen im Ring zurücklegen, werden sie auf 80% der
Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Die
1979 zusätzlich eingebaute, kleinere, fünfte Kavität wird mit 150MHz als Flattop-Kavität betrieben, wodurch die Anzahl der extrahierten Teilchen deutlich gesteigert werden konnte.
Der extrahierte
Protonenstrahl wird durch zwei sogenannte Targets hindurch, an welchen
Myonen und
Pionen erzeugt werden, auf die
Spallations Neutronenquelle (SINQ) gelenkt.
Zusätzlich wird bei Bedarf ein Teil des Strahles abgeschnitten und zur Tumorbekämpfung in die Gantry gelenkt (Siehe: Projekt PROSCAN), oder für weitere Experimente verwendet.
Spallations Neutronenquelle (SINQ)
Synchrotonlichtquelle Schweiz (SLS)
Weblinks