De vier versnellers van het PSI

HIPA – protonenversneller met hoge intensiteit

Drie trappen (Cockcroft-Walton, Injector-2-cyclotron, ringcyclotron) brengen protonen op 79 % van de lichtsnelheid, met tot 2,4 mA (1,4 MW) – wereldrecord voor cyclotroninstallaties. De bundel maakt neutronen (SINQ), muonen (SμS) en pionen voor materiaalonderzoek en deeltjesfysica.

Pionen en muonen: de bundel treft eerst twee draaiende grafietwielen, target M (5 mm) en target E (40 mm). Daar ontstaan pionen, die vervallen tot muonen. De muonenbron SμS gebruikt de muonen, onder meer voor μSR-metingen (muonen als piepkleine magneetveldsondes in materialen). In de jaren 80 waren de targets van beryllium; ze hielden de bundel niet uit en zijn sinds de jaren 90 van grafiet. Gepland is HIMB (High-Intensity Muon Beams) met ongeveer 100 keer meer muonen.

Isotopen voor de geneeskunde: HIPA-protonen worden ook direct gebruikt om radioactieve isotopen te maken; nu al bij het bestralingsstation IP2 met een deel van de 72-MeV-bundel. Daarvoor komt er TATTOOS („Targeted Alpha Tumour Therapy and Other Oncological Solutions”), een nieuwe installatie die een deel van de 590-MeV-bundel (ongeveer 100 µA) op tantaaltargets richt. Bouw en ingebruikname zijn gepland voor 2029–2032, samen met de Universiteit en het Universitair Ziekenhuis Zürich. Eerst moeten de terbiumisotopen Tb-149, Tb-152 en Tb-155 worden geproduceerd.

• Tb-149: alfatherapie (vernietigt tumorcellen op korte afstand)
• Tb-152: beeldvorming met PET
• Tb-155: beeldvorming met SPECT
• Tb-161: bètatherapie; nu al in studies in het Universitair Ziekenhuis Basel, maar met neutronen buiten het PSI gemaakt, niet met HIPA

Het idee heet theranostiek: hetzelfde element eerst om de tumor op te sporen, daarna om hem gericht van binnenuit te bestralen.

Locatie: PSI West (exacte coördinaat niet gevonden in OSM, punt bij benadering). Bronnen: psi.ch – HIPA, psi.ch – Targets, Mesontargets (berylliumgeschiedenis), psi.ch – TATTOOS, psi.ch – TATTOOS (IMPACT), psi.ch – Radiofarmacie (tijdpad), Sci. Rep. 2024 (Tb-isotopen), Kiselev (HIMB)

PROSCAN / COMET – protonentherapie

COMET is een supergeleidend cyclotron, sinds 2007 in bedrijf, alleen voor de geneeskunde. Een grafietremmer stelt de energie in tussen 70 en 250 MeV, afhankelijk van hoe diep een tumor ligt. Behandeld wordt bij Gantry 2, Gantry 3 en het oogstation OPTIS2.

Locatie: PSI West, Centrum voor Protonentherapie (OSM „Proton Therapy (WPTA)”). Bronnen: Kiselev 2021 (PSI), Cyclotrons 2007

SLS – Swiss Light Source

Opslagring met een omtrek van 288 m. Sinds de ombouw tot SLS 2.0 (stillegging vanaf oktober 2023, ongeveer 15 maanden) draait hij op 2,7 GeV in plaats van vroeger 2,4 GeV, met ongeveer 100 keer helderder licht. Het licht ontstaat in afbuigmagneten (breed spectrum, bijv. superbends) en in undulatoren: rijen magneten die de elektronen in slalom leiden en zo zeer helder licht bij gekozen golflengten opwekken.

Voorbeelden: eiwitkristallografie aan de bundellijnen PXI, PXII en PXIII (structuur van eiwitten, bijv. voor geneesmiddelen). Tomografie aan S-TOMCAT en I-TOMCAT (3D-röntgenbeelden tot onder één micrometer).

Bronnen: psi.ch – Storage ring, Willmott 2024 – SLS 2.0, psi.ch – TOMCAT

SwissFEL – röntgen-vrije-elektronenlaser

Een 740 m lange lineaire versneller. De elektronen lopen daarna door lange undulatoren (Aramis: 12 stuks over 60 m) en zenden daarbij laserachtige, coherente röntgenflitsen uit die slechts 1 tot 60 femtoseconden duren. Aramis (harde röntgenstraling) draait op 2,2 tot 6,2 GeV (ontwerp: max. 5,8 GeV), Athos (zachte röntgenstraling) op ongeveer 3 GeV.

Locatie: in het bos van Würenlingen, grenzend aan het PSI-terrein (oostkant van de Aare, gemeente Würenlingen). Bronnen: psi.ch – SwissFEL, Paraliev 2022