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瑞士保罗谢尔研究所(PSI)

瑞士保罗谢尔研究所(简称PSI)位于瑞士北部的苏黎世和巴塞尔之间的阿勒河畔,是瑞士最大的国家研究所,科学和技术的多学科研究中心。PSI以瑞士物理学家保罗谢尔(Paul Scherrer,1890-1969)的名字命名。他在世界著名的瑞士联邦理工学院ETH进行教学和研究,对瑞士自然科学研究作出很大贡献。

全球第一个扫描为深部肿瘤的照射质子束是由质子治疗中心(CPT)在PSI操作。这个点扫描技术在PSI有可能照射恶性肿瘤位于深的身体里具有非常高的精度,能够成功地阻止其生长,同时保留目标周围的健康组织。在PSI的病人的治疗有着悠久的传统,某些癌症病患者早在1984年于质子束治疗中获益,质子的特别适合治疗儿童青少年。

研究领域

PSI在与国内外大学、其他研究机构和工业界的合作中,将研究重点放在基础研究和应用研究,特别是与可持续发展有关的领域和对教育和培训具有重要意义、但超出大学单个系能力的领域。PSI在固态物理、材料科学、基本粒子物理、生命科学、核与非核能研究及与能源有关的生态学的研究中非常活跃,是世界能源研究领域的领导者,也是瑞士唯一一家从事这方面研究工作的研究所。

1988年1月1日,瑞士原子核研究所与瑞士联邦反应堆研究所合并组建了PSI,阿勒河下游的山谷因此成为一个重要的研究中心,并很快赢得了较高的国际声誉。PSI现有雇员1200人,它同国际、国内多所大学和研究院所等建立了良好的合作关系。

PSI为来自瑞士国内和国际科学界,特别是凝聚态、材料科学和生物学领域的用户运行着大型的研究设施。PSI拥有散裂中子源(SINQ)、瑞士同步辐射光源(SLS)、缪介子源(SμS)等大型科研设施,是瑞士国内外科学界主要的用户实验室之一,也是世界上仅有的两个能提供同步辐射X射线、中子和介子三类探针的大型研究基地之一。这三类探针功能互补,每年大约为2000余位世界各地的科学家提供凝聚态或基本物理、化学、生物学和材料科学等领域的高水平实验条件。通过在PSI开展的研究,不仅获得新的基础知识,并积极促进其在工业上的应用。2017年左右,PSI还将建成相干X射线光源即SwissFEL。届时PSI的综合优势将更加突出。

PSI在研制和运行需要特别高标准技术诀窍、经验和专业的大型复杂研究设施方面有其独特的优势。例如,PSI的设计人员通过一些特殊的技巧来让SLS所产生射线的能量达到与欧洲同步辐射装置ESRF(European Synochrotron Radiation Facility)相同的功能,将现有的用来增加X射线密度和扩大波长范围的波荡器技术发挥到了极限。尽管这台加速器的周长只有288米,可产生的电子束能量达到了2.4 GeV,而成本只有8900万美元,比ESRF建设成本的三分之一还要少。

科学研究

PSI的科学研究项目,极大地得益于大型科技设施。这些涉及广泛的研究课题,可以归纳为三个大的领域:物质结构、能源与环境以及人类健康。

PSI拥有世界上仅有的连续中子源SINQ、瑞士第三代同步辐射光源SLS、世界上功率最强的连续束流缪介子源SµS等大规模科研设备,能够深入观察各种物质和材料内部的演变过程。其中某些设备不仅是在瑞士,甚至全世界,都是独一无二的。瑞士大学和企业的研究人员也可以有机会使用这些大型设备。每年,来自瑞士和世界各国的2000多名科学家到PSI进行他们在别处无法进行的实验。除科学研究以外,PSI还拥有瑞士唯一的用质子治疗特殊癌症的设备。2010年后,PSI把重点放在了未来的大型设备SwissFEL上。这是一个X射线自由电子激光器,它可显示在极短时间内原子和分子的结构变化,符合瑞士科研发展的需求。

强流质子加速器

预注入器提供870 keV极低能量的束流,而注入器2是个有4个扇形磁铁的环形回旋加速器,设计非常专业化,实现了具有挑战性的目标,提供72 MeV高品质高强度质子束。1984年,注入器2开始运行后取代了可变能量注入器1,向590 MeV环形回旋加速器提供高强度高品质的72 MeV质子束。

可变能注入器1延迟至2010年12月3日才正式退役,它为原子和核物理、放射化学、重元素、生物学研究等领域的研究服务了37年。

散裂中子源SINQ

散裂中子源SINQ(Swiss Spallation Neutron Source)是世界上第一个连续波散裂中子源,中子通量1014 n/cm2/s。中子散射是获得物质结构和凝聚态动态的最有效方法之一。用液态氘慢慢冷却中子,将它们的频谱改变到较低能量,这些中子对生物物质材料的研究特别有价值。从固态物理与化学的基本原理,以及从材料科学到生物学、医学和环境科学广泛的领域均可用中子进行研究。除了散射技术,非衍射方法如成像技术等也不断增强与工业应用的相关性。

同步辐射光源SLS

同步辐射光源SLS(Swiss Light Source)属第三代同步辐射光源。SLS的设计优先考虑的是初级电子束和次级光子束的高亮度、宽波段和稳定的温度条件。

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