Os quatro aceleradores do PSI

HIPA – acelerador de protões de alta intensidade

Três estágios (Cockcroft-Walton, ciclotrão Injetor 2, ciclotrão em anel) levam os protões a 79 % da velocidade da luz, com até 2,4 mA (1,4 MW) – recorde mundial para instalações de ciclotrão. O feixe produz neutrões (SINQ), muões (SμS) e piões para investigação de materiais e física de partículas.

Piões e muões: o feixe atinge primeiro duas rodas de grafite rotativas, o alvo M (5 mm) e o alvo E (40 mm). Aí formam-se piões, que decaem em muões. A fonte de muões SμS utiliza os muões, entre outras coisas para medições μSR (muões como minúsculas sondas de campo magnético nos materiais). Nos anos 80 os alvos eram de berílio; não resistiram ao feixe e desde os anos 90 são de grafite. Está previsto o HIMB (High-Intensity Muon Beams), com cerca de 100 vezes mais muões.

Isótopos para a medicina: os protões do HIPA também são usados diretamente para produzir isótopos radioativos; já hoje na estação de irradiação IP2, com parte do feixe de 72 MeV. Para isso está a ser construído o TATTOOS («Targeted Alpha Tumour Therapy and Other Oncological Solutions»), uma nova instalação que dirige parte do feixe de 590 MeV (cerca de 100 µA) para alvos de tântalo. A construção e a entrada em funcionamento estão previstas para 2029–2032, em conjunto com a Universidade e o Hospital Universitário de Zurique. Os primeiros produtos serão os isótopos de térbio Tb-149, Tb-152 e Tb-155.

• Tb-149: terapia alfa (destrói células tumorais a curta distância)
• Tb-152: imagiologia PET
• Tb-155: imagiologia SPECT
• Tb-161: terapia beta; já usado em estudos no Hospital Universitário de Basileia, mas produzido com neutrões fora do PSI, não com o HIPA

A ideia chama-se teranóstica: o mesmo elemento primeiro para encontrar o tumor e depois para o irradiar de forma direcionada a partir de dentro.

Local: PSI Oeste (coordenada exata não encontrada no OSM, ponto aproximado). Fontes: psi.ch – HIPA, psi.ch – Targets, Alvos de mesões (história do berílio), psi.ch – TATTOOS, psi.ch – TATTOOS (IMPACT), psi.ch – Radiofarmácia (calendário), Sci. Rep. 2024 (isótopos de Tb), Kiselev (HIMB)

PROSCAN / COMET – protonterapia

O COMET é um ciclotrão supercondutor, em funcionamento desde 2007, apenas para medicina. Um degradador de grafite ajusta a energia entre 70 e 250 MeV, consoante a profundidade do tumor. O tratamento é feito no Gantry 2, no Gantry 3 e na estação oftalmológica OPTIS2.

Local: PSI Oeste, Centro de Protonterapia (OSM «Proton Therapy (WPTA)»). Fontes: Kiselev 2021 (PSI), Cyclotrons 2007

SLS – Swiss Light Source

Anel de armazenamento com 288 m de perímetro. Desde a conversão em SLS 2.0 (paragem a partir de outubro de 2023, cerca de 15 meses) funciona a 2,7 GeV em vez dos anteriores 2,4 GeV, com luz cerca de 100 vezes mais brilhante. A luz é gerada em ímanes de curvatura (espetro largo, p. ex. superbends) e em onduladores: filas de ímanes que conduzem os eletrões em slalom e produzem assim luz muito brilhante em comprimentos de onda selecionados.

Exemplos: cristalografia de proteínas nas linhas de luz PXI, PXII e PXIII (estrutura de proteínas, p. ex. para medicamentos). Tomografia no S-TOMCAT e I-TOMCAT (imagens 3D de raios X abaixo de um micrómetro).

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

SwissFEL – laser de eletrões livres de raios X

Um acelerador linear com 740 m. Os eletrões passam depois por longos onduladores (Aramis: 12 ao longo de 60 m) e emitem clarões de raios X coerentes, semelhantes a laser, que duram apenas de 1 a 60 femtossegundos. O Aramis (raios X duros) funciona entre 2,2 e 6,2 GeV (projeto: máx. 5,8 GeV), o Athos (raios X moles) a cerca de 3 GeV.

Local: na floresta de Würenlingen, junto ao recinto do PSI (margem leste do Aar, município de Würenlingen). Fontes: psi.ch – SwissFEL, Paraliev 2022