Cztery akceleratory w PSI

HIPA – akcelerator protonów wysokiej intensywności

Trzy stopnie (Cockcroft-Walton, cyklotron Injektor 2, cyklotron pierścieniowy) rozpędzają protony do 79 % prędkości światła, przy prądzie do 2,4 mA (1,4 MW) – rekord świata dla instalacji cyklotronowych. Wiązka wytwarza neutrony (SINQ), miony (SμS) i piony do badań materiałowych i fizyki cząstek.

Piony i miony: wiązka najpierw trafia w dwa obracające się grafitowe koła, tarczę M (5 mm) i tarczę E (40 mm). Powstają tam piony, które rozpadają się na miony. Źródło mionów SμS wykorzystuje je m.in. do pomiarów μSR (miony jako maleńkie sondy pola magnetycznego w materiałach). W latach 80. tarcze były z berylu; nie wytrzymały wiązki i od lat 90. są z grafitu. Planowany jest HIMB (High-Intensity Muon Beams) z około 100 razy większą liczbą mionów.

Izotopy dla medycyny: protony z HIPA są też bezpośrednio wykorzystywane do produkcji izotopów promieniotwórczych; już dziś w stacji napromieniania IP2 z częścią wiązki 72 MeV. W tym celu powstaje TATTOOS („Targeted Alpha Tumour Therapy and Other Oncological Solutions”) – nowa instalacja kierująca część wiązki 590 MeV (ok. 100 µA) na tarcze z tantalu. Budowa i uruchomienie planowane są na lata 2029–2032, wspólnie z Uniwersytetem i Szpitalem Uniwersyteckim w Zurychu. Najpierw mają powstawać izotopy terbu Tb-149, Tb-152 i Tb-155.

• Tb-149: terapia alfa (niszczy komórki nowotworowe na krótkim dystansie)
• Tb-152: obrazowanie PET
• Tb-155: obrazowanie SPECT
• Tb-161: terapia beta; już stosowany w badaniach w Szpitalu Uniwersyteckim w Bazylei, ale wytwarzany neutronami poza PSI, nie w HIPA

Ta idea nazywa się teranostyka: ten sam pierwiastek najpierw do wykrycia guza, a potem do celowanego napromieniania od wewnątrz.

Miejsce: PSI Zachód (dokładnej współrzędnej nie znaleziono w OSM, punkt przybliżony). Źródła: psi.ch – HIPA, psi.ch – Targets, Tarcze mezonowe (historia berylu), psi.ch – TATTOOS, psi.ch – TATTOOS (IMPACT), psi.ch – Radiofarmacja (harmonogram), Sci. Rep. 2024 (izotopy Tb), Kiselev (HIMB)

PROSCAN / COMET – terapia protonowa

COMET to nadprzewodzący cyklotron, działający od 2007 roku wyłącznie dla medycyny. Grafitowy degrader ustawia energię między 70 a 250 MeV, zależnie od głębokości guza. Leczenie odbywa się na Gantry 2, Gantry 3 i w stacji okulistycznej OPTIS2.

Miejsce: PSI Zachód, Centrum Terapii Protonowej (OSM „Proton Therapy (WPTA)”). Źródła: Kiselev 2021 (PSI), Cyclotrons 2007

SLS – Swiss Light Source

Pierścień akumulacyjny o obwodzie 288 m. Od przebudowy na SLS 2.0 (wyłączenie od października 2023, ok. 15 miesięcy) pracuje przy 2,7 GeV zamiast dawnych 2,4 GeV, z ok. 100 razy jaśniejszym światłem. Światło powstaje w magnesach zakrzywiających (szerokie widmo, np. superbendy) i w undulatorach: rzędach magnesów, które prowadzą elektrony slalomem i dzięki temu wytwarzają bardzo jasne światło o wybranych długościach fali.

Przykłady: krystalografia białek na liniach PXI, PXII i PXIII (struktura białek, np. dla leków). Tomografia na S-TOMCAT i I-TOMCAT (trójwymiarowe obrazy rentgenowskie z rozdzielczością poniżej mikrometra).

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

SwissFEL – rentgenowski laser na swobodnych elektronach

Akcelerator liniowy o długości 740 m. Następnie elektrony przechodzą przez długie undulatory (Aramis: 12 sztuk na 60 m) i emitują spójne, laserowe błyski rentgenowskie trwające zaledwie od 1 do 60 femtosekund. Aramis (twarde promieniowanie rentgenowskie) pracuje przy 2,2–6,2 GeV (projekt: maks. 5,8 GeV), Athos (miękkie promieniowanie rentgenowskie) przy ok. 3 GeV.

Miejsce: w lesie Würenlingen, przy terenie PSI (wschodni brzeg Aare, gmina Würenlingen). Źródła: psi.ch – SwissFEL, Paraliev 2022