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Eidgenössische Hochschulen und Forschungsanstalten
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Ordentliches Budget 2017 (CHF Mio.)[1]


ETH-Bereich

2'656


Hochschulen


1'367
696


Forschungsanstalten


302
62
128
64

Das Paul Scherrer Institut (PSI) ist ein multidisziplinäres Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz. Es liegt auf dem Gebiet der Gemeinden Villigen und Würenlingen im Schweizer Kanton Aargau beidseits der Aare und gehört zum ETH-Bereich der Schweizerischen Eidgenossenschaft. Das Institut beschäftigt rund 2100 Mitarbeiter[2] und betreibt auf einem Areal von über 35 Hektaren[3] Grundlagenforschung und Angewandte Forschung in den Bereichen Materie und Material, Mensch und Gesundheit sowie Energie und Umwelt. Im Einzelnen verteilen sich die Forschungsaktivitäten auf folgende Schwerpunkte: Festkörperforschung 35 %, Lebenswissenschaften 24 %, Allgemeine Energie 20 %, Nukleare Energie und Sicherheit 13 %, Teilchenphysik 8 %.[4]

Das PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungseinrichtungen und stellt sie der nationalen und internationalen Wissenschaftsgemeinschaft zur Verfügung. Im Jahr 2017 etwa kamen mehr als 2500 Forscher aus 60 verschiedenen Nationen an das PSI, um die weltweit einmalige Kombination an Grossforschungseinrichtungen am selben Ort zu nutzen.[2] Rund 1900 Experimente werden jedes Jahr an den etwa 40 Messplätzen der Anlagen durchgeführt.[5]

GeschichteBearbeiten

Das nach dem Schweizer Physiker Paul Scherrer benannte Institut entstand 1988 aus dem Zusammenschluss des 1960 gegründeten EIR (Eidgenössisches Institut für Reaktorforschung) und dem 1968 gegründeten SIN (Schweizerisches Institut für Nuklearforschung). Die beiden Institute lagen einander gegenüber an der Aare und dienten auch zuvor schon als eine Art nationales Zentrum zur Erforschung der Teilchenphysik.[6] Mit den Jahren wurde die Forschung allerdings erheblich auf andere Bereiche ausgeweitet,[7] sodass Nuklear- und Reaktorphysik heute nur noch einen kleinen Teil der Arbeit am PSI ausmachen. Auch infolge des Schweizer Atomausstiegsbeschlusses im Jahr 2011 beschäftigt sich dieser Bereich vornehmlich mit Fragen der Sicherheit etwa im Umgang mit der Lagerung von radioaktivem Abfall in einem Tiefenlager.[8]

Seit 1984 betreibt das PSI (anfangs noch als SIN) das Zentrum für Protonentherapie zur Behandlung von Patienten mit Augenmelanomen und anderen tief sitzenden Tumoren. Über 7200 Patienten wurden seither behandelt.[9]

Auch in der Weltraumforschung ist das Institut aktiv. Zum Beispiel bauten PSI-Ingenieure 1990 für den russischen Satelliten Spectrum X-G den Detektor des Teleskops EUVITA und später auch Detektoren für NASA und ESA, welche die Strahlung im All analysieren. Am Tandembeschleuniger des PSI bestimmten Physiker 1992 per Beschleuniger-Massenspektrometrie und Radiokarbonmethode aus Knochen-, Gewebe- und Grasproben von wenigen Milligramm das Alter des Gletschermanns Ötzi, den man ein Jahr zuvor in den Ötztaler Alpen gefunden hatte.[10]

Im Jahr 2009 erhielt der aus Indien stammende britische Strukturbiologe Venkatraman Ramakrishnan den Chemie-Nobelpreis auch für seine Studien an der Synchrotronlichtquelle Schweiz (SLS), mit denen er klären konnte, wie Ribosomen aussehen und auf der Ebene einzelner Moleküle funktionieren. Ribosomen stellen anhand der in den Genen kodierten Informationen Proteine her, die viele chemische Prozesse in Lebewesen kontrollieren.

2010 führte ein internationales Forscherteam am PSI eine neue Vermessung des Protons durch und stellte fest, dass sein Radius deutlich kleiner ist als bis dahin angenommen: 0,84184 Femtometer statt 0,8768. Laut Presseberichten war dieses Ergebnis nicht nur überraschend, es könnte auch bisherige Modelle der Physik in Frage stellen.[11] Die Messungen waren einzig mit dem Protonenbeschleuniger des PSI möglich, weil weltweit nur dessen Myonenstrahl stark genug ist, um genügend Myonen dafür zu produzieren.[12]

2011 gelang es Forschern unter anderem vom PSI mithilfe der SLS, die Struktur des Proteins Rhodopsin zu entschlüsseln. Dieses Sehpigment ist als eine Art Lichtsensor entscheidend am Vorgang des Sehens beteiligt.[13]

Ein am PSI gebauter sogenannter Barrel-Pixel-Detektor war als Kernelement des CMS-Detektors am Genfer Kernforschungszentrum CERN daran beteiligt, das Higgs-Boson nachzuweisen. Für diese am 4. Juli 2012 verkündete Entdeckung wurde ein Jahr später der Physik-Nobelpreis verliehen.[14]

Laut einem Zeitungsbericht[15] sind im Januar 2016 20 Kilogramm Plutonium aus dem PSI in die USA gebracht worden. Das Material soll seit den 60er Jahren in einem geheimen Plutoniumlager des Bundes für den damals angedachten Bau einer Atombombe vorgehalten worden sein. Der Bundesrat widersprach dieser Darstellung: Der Plutonium-239-Gehalt des Materials habe unter 92 Prozent gelegen, daher sei es nicht waffenfähig gewesen.[16] Vielmehr sollte das Material, nachdem man es aus wiederaufbereiteten Brennstäben des 1960 bis 1977 betriebenen Forschungsreaktors Diorit gewonnen hatte, zur Entwicklung einer neuen Generation von Brennelementtypen für Kernkraftwerke verwendet werden.[17] Dazu kam es jedoch nie. Spätestens nach dem Atomausstiegsbeschluss 2011 war klar, dass es in der Schweiz keine Verwendung für das Material mehr geben würde. Der Bundesrat entschied 2014 im Rahmen des Nuklearen Sicherheitsgipfels, das Schweizer Plutoniumlager aufzulösen und überführte es auf Basis eines bereits existierenden bilateralen Abkommens zur weiteren Lagerung in die USA.[18]

PSI-Direktoren
Amtszeit Direktor
1988–1990 Jean-Pierre Blaser
1990–1991 Anton Menth
1991–1992 Wilfred Hirt (Interim)
1992–2002 Meinrad Eberle
2002–2007 Ralph Eichler
2007–2008 Martin Jermann (Interim)
2008–2018 Joël Mesot
2019– Thierry Strässle (Interim)

Im Juli 2017 gelang es mit der SLS, die dreidimensionale Ausrichtung der Magnetisierung im Inneren eines Materials zu untersuchen und zu visualisieren, ohne das Material dabei zu beeinträchtigen. Die Technologie soll helfen, bessere Magnete etwa für Motoren oder die Datenspeicherung zu entwickeln.[19]

Der langjährige Direktor des PSI Joël François Mesot (seit August 2008) wurde Ende 2018 zum Präsidenten der ETH Zürich gewählt. Seinen Posten übernimmt ab Januar 2019 übergangsweise der Physiker und Stabschef des PSI Thierry Strässle.[20]

Aus dem PSI sind im Laufe der Jahre zahlreiche Unternehmen ausgegründet worden, um die Forschungserkenntnisse für die Gesellschaft nutzbar zu machen. Das mit 110 Mitarbeitern grösste Spin-off ist die 2006 gegründete DECTRIS AG im nahe gelegenen Baden, die sich auf die Entwicklung und Vermarktung von Röntgendetektoren spezialisiert hat. Bereits 1999 gegründet wurde die SwissNeutronics AG in Klingnau, die optische Komponenten für Neutronenforschungsanlagen vertreibt. Gleich mehrere neue PSI-Ableger wie etwa der Hersteller metall-organischer Gerüste novoMOF oder der Medikamente-Entwickler leadXpro haben sich in dem 2015 gemeinsam mit dem Kanton Aargau und mehreren Unternehmen gegründeten PARK INNOVAARE in Nachbarschaft des PSI angesiedelt.[21]

 
Verwaltungsgebäude Areal Ost des PSI in Würenlingen

Forschungs- und FachbereicheBearbeiten

Das PSI entwickelt, baut und betreibt mehrere Beschleunigeranlagen, z. B. ein 590-MeV-Hochstromzyklotron, das aktuell (2019) einen Strahlstrom von etwa 2,2 mA liefert. Ausserdem betreibt das PSI vier Großforschungsanlagen: eine Synchrotronlichtquelle (SLS) von besonderer Brillanz und Stabilität, eine Spallations-Neutronenquelle (SINQ), eine Myonenquelle (SμS) und einen Freie-Elektronen-Röntgenlaser (SwissFEL). Damit ist das PSI zurzeit (2019) weltweit das einzige Institut, das die vier wichtigsten Sonden zur Erforschung der Struktur und der Dynamik kondensierter Materie (Neutronen, Myonen und Synchrotronstrahlung) auf einem Campus der internationalen Nutzergemeinschaft anbietet.

Nicht zuletzt mithilfe dieser Anlagen wird am PSI unter anderem auf folgenden Gebieten geforscht:

Materie und MaterialBearbeiten

Alle Materialien, mit denen der Mensch arbeitet, setzen sich aus Atomen zusammen. Das Zusammenspiel der Atome untereinander und ihre Anordnung bestimmen, welche Eigenschaften ein Material hat. Die meisten Forscher auf dem Gebiet Materie und Material des PSI wollen diesen Zusammenhang zwischen innerem Aufbau und beobachtbaren Eigenschaften für unterschiedliche Stoffe aufklären. Die Grundlagenforschung innerhalb dieses Bereiches trägt dazu bei, neue Materialien für verschiedenste Anwendungen zu entwickeln, beispielsweise für die Elektrotechnik, die Medizin, die Telekommunikation, alle Bereiche der Mobilität oder die Entwicklung neuer Energiespeicher.

Innerhalb der Teilchenphysik untersuchen die Forscher des PSI Aufbau und Eigenschaften der Elementarteilchen.[22]

Energie und UmweltBearbeiten

In diesem Bereich behandeln die Forscher unter anderem erneuerbare Energien, schadstoffarme Verbrennungstechnik, Brennstoffzellenentwicklung, Bewertung von Energie- und Stoffkreisläufen, Umwelteinflüsse von Energieproduktion und -verbrauch, nukleare Energieforschung (insbesondere Reaktorsicherheit und Entsorgung), Energieeffizienz und -speicherung.

Zu letzterem Punkt betreibt das PSI die Versuchsplattform ESI (Energy System Integration), auf der Forschung und Industrie vielversprechende Lösungsansätze zur Integration erneuerbarer Energien ins Energiesystem testen können – zum Beispiel das Speichern von Stromüberschüssen aus Solar- oder Windkraft in Form von Wasserstoff oder Methan.[23]

Eine mit Hilfe der ESI-Plattform am PSI entwickelte und gemeinsam mit dem Zürcher Energieversorger Energie 360° erfolgreich getestete Technologie, die deutlich mehr Methangas aus Bioabfällen gewinnt, wurde 2018 mit dem Watt d'Or 2018 des Schweizerischen Bundesamtes für Energie ausgezeichnet.

Weiterhin betreibt das PSI unter anderem eine Smog-Kammer,[24] mit deren Hilfe die Schadstoffemissionen verschiedener Energiegewinnungsverfahren und das Verhalten der entsprechenden Substanzen in der Atmosphäre getestet werden können.

PSI-Forscher untersuchen die Auswirkungen der Energiegewinnung auf die Atmosphäre auch vor Ort, unter anderem in den Alpen, in den Polregionen der Erde[25] oder in China.[26]

Mensch und GesundheitBearbeiten

Das PSI ist eine der führenden Institutionen weltweit im Bereich der Protonentherapie zur Behandlung von Krebserkrankungen. Seit 1984 wurden bei mehr als 7200 Patienten Augentumoren bestrahlt (Stand 2019). Die Erfolgsrate bei der Augentherapie (OPTIS) liegt bei über 98 %.[27]

Pro Jahr zählt das Zentrum für Protonentherapie rund 5900 Patientenbesuche. 1996 wurde erstmals ein Bestrahlungsgerät (Gantry) für die am PSI entwickelte sogenannte Spot-Scanning-Protonen-Technik ausgerüstet. Bei dieser Technik werden die Tumoren mit einem circa 5 bis 7 mm breiten Protonenstrahl dreidimensional abgescannt. Computer steuern diesen Strahl so, dass sich der Hochdosis-Spot für eine präzise vorgegebene Zeit sehr genau am gewünschten Ort im Tumor befindet. Durch Überlagern vieler einzelner Spots – für ein Volumen von 1 Liter sind es ca. 10.000 – wird der Tumor gleichmässig mit der nötigen Strahlendosis belegt, wobei diese für jeden einzelnen Spot individuell überwacht wird. Das erlaubt eine äusserst präzise, homogene Bestrahlung, die an die meist unregelmässige Form des Tumors optimal angepasst ist.[28]

Auf dem Gebiet der Radiopharmazie befassen sich die Forscher des PSI mit sehr kleinen und im ganzen Körper verteilten Tumoren.[29] Diese können mit der üblichen Strahlentherapie nicht behandelt werden. Für eine Therapie kombiniert das PSI spezielle Biomoleküle – sogenannte Antikörper – mit einem radioaktiven Atomkern zu Therapiemolekülen. Solche Präparate können Tumorzellen selektiv und gezielt finden und zerstören. Um seine Grundlagenforschung auf diesem Gebiet mit der klinischen Erprobung in den Spitälern zu koordinieren, arbeitet das PSI sehr eng mit Hochschulen, Kliniken und der Pharmaindustrie zusammen.

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung im Bereich Mensch und Gesundheit liegt bei der Struktur und Funktionsweise von Proteinen. Jede lebende Zelle benötigt eine Unzahl dieser Moleküle, zum Beispiel um Stoffwechsel betreiben zu können, Signale aufzunehmen und weiterzuleiten oder um sich zu teilen. Um all diese Lebensvorgänge besser zu verstehen und für die Bekämpfung oder Vermeidung von Erkrankungen nutzen zu können, werden die beteiligten Proteine genau untersucht.[30]

Grossforschungsanlagen des PSIBearbeiten

ProtonenbeschleunigeranlageBearbeiten

Diente der 1974 in Betrieb genommene Protonenbeschleuniger des PSI in seinen Anfängen noch vornehmlich der Elementarteilchenphysik, stehen heute Anwendungen für Festkörperphysik, Radiopharmazie und Krebstherapie im Vordergrund.[7] Von anfangs 100 µA wurde die Leistungsfähigkeit durch konstante Weiterentwicklung um den Faktor 24 auf mittlerweile 2,4 mA erhöht.[31] Im Prinzip werden die Protonen durch drei aufeinander folgende Geräte auf rund 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt: Linearbeschleuniger, kleiner Ringbeschleuniger, grosser Ringbeschleuniger.[32]

Protonenquelle und LinearbeschleunigerBearbeiten

In einem Cockcroft-Walton-Beschleuniger werden mittels Mikrowellen die Elektronen von Wasserstoffatomen abgeschält. Übrig bleiben die Wasserstoff-Atomkerne, die jeweils aus nur einem Proton bestehen. Diese Protonen werden einer Spannung von 810 Kilovolt ausgesetzt und so linear auf immerhin 46 Millionen km/h oder 4 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.[33]

Kleiner RingbeschleunigerBearbeiten

Die zweite Stufe leistet ein kleiner Ringbeschleuniger, auch Zyklotron genannt. Er übernimmt die Protonen aus dem Cockcroft-Walton-Beschleuniger und beschleunigt sie weiter auf etwa 38 % der Lichtgeschwindigkeit. Das PSI verfügte über zwei derartige Vorbeschleuniger. Der erste, „Injektor-1“, wurde inzwischen ausser Betrieb gesetzt, seine Funktion von „Injektor-2“ übernommen.

Injektor-1Bearbeiten
Technische Daten Injektor-1
Typ: Spiralrücken-Zyklotron
Magnet: H-Förmig
Gewicht des Magneten: 500 t
Polplatten Durchmesser: 250 cm
Polplatten Abstand: 20 cm
Polplatten Form: 4 auf die Polplatten geschraubte Spiralrücken
Volumen Vakuumkammer: 20 m³
Extraktionsenergie: Variabel

Das 1974 in Betrieb genommene Injektorzyklotron wurde von Philips erbaut und erfüllte anfänglich zwei Funktionen: Zu 75 % der Strahlzeit diente es als Injektor zur Beschleunigung eines Protonenstrahls auf 72 MeV, der anschliessend durch das Ringzyklotron auf seine Endenergie von 590 MeV gebracht wurde. Die restlichen 25 % der Strahlzeit diente diese Maschine zur Beschleunigung von Teilchen auf verschiedene Energien für Niederenergie-Experimente.

Das Hochfrequenz-Beschleunigungssystem wurde für die beiden Einsatzzwecke verschieden ausgelegt. Die Beschleunigung im Injektormodus erfolgte bei 50 MHz mit einer Spannung von 70 kV. Sie erfolgte zweimal pro Umlauf, so dass die Teilchen 500 Mal kreisten, bis sie die Extraktionsenergie von 72 MeV 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 17 MHz 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 1997 nachträglich eingebaut.

Mit dem Injektor-1 wurden Betriebsströme um 170 µA und Spitzenströme um 200 µA erreicht. Injektor-1 wurde ebenfalls für Niederenergie-Experimente, für die OPTIS-Augentherapie und für das LiSoR-Experiment im Rahmen des MEGAPIE-Projekts genutzt. Seit dem 1. Dezember 2010 ist dieses Zyklotron ausser Betrieb.

Injektor-2Bearbeiten
Technische Daten Injektor-2
Typ: Isochron-Spiralrücken-Zyklotron
Magnete: 4 Stück
Gesamtgewicht Magnete: 760 t
Beschleunigungselemente: 4 Resonatoren (50 MHz)
Extraktionsenergie: 72 MeV

Der 1984 in Betrieb genommene Injektor-2, eine Eigenentwicklung des damaligen SIN, löste den Injektor-1 als Einschussmaschine für das 590 MeV 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 bis 2 mA anzuheben, für die 1980er Jahre ein absoluter Spitzenwert. Aktuell (2019) liefert der Injektor-2 einen Strahlstrom von ≈ 2,2 mA im Routinebetrieb, 2,4 mA im Testbetrieb.

Ursprünglich wurden zwei Resonatoren mit 150 MHz im Flattop-Betrieb betrieben, um eine saubere Trennung der Protonenbahnen zu erhalten, inzwischen werden jedoch auch diese mit 50 MHz zur Beschleunigung eingesetzt. Aus dem extrahierten 72 MeV Protonenstrahl kann ein Teil zur Isotopenproduktion oder für Experimente abgeschnitten werden.

Großer RingbeschleunigerBearbeiten

Technische Daten Großer Ringbeschleuniger
Typ: Isochron-Spiralrücken-Zyklotron
Magnete: 8 Stück
Gesamtgewicht Magnete: 2000 t
Beschleunigungselemente: 4 (5) Kavitäten (50 MHz)
Extraktionsenergie: 590 MeV

Das 1974 in Betrieb genommene Ring-Zyklotron ist wie der Injektor-2 eine Er hat einen Umfang von rund 48 Metern. Auf der ca. 4 km langen Strecke, welche die Protonen auf 186 Runden im Ring zurücklegen, werden sie auf 80 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Das entspricht einer Bewegungsenergie von 590 MeV und ermöglicht es, einen Protonenstrom von 2,2 mA (testweise bis zu 2,4 mA) zu extrahieren. 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. Die beiden erstgenannten erreichten nur Strahlströme von 500 µA bzw. 1 mA.

Die 1979 zusätzlich eingebaute, kleinere, fünfte Kavität wird mit 150 Megahertz als Flattop-Kavität betrieben, wodurch die Anzahl der extrahierten Teilchen deutlich gesteigert werden konnte. Seit 2008 sind alle alten Aluminiumkavitäten des Ringzyklotrons durch neue Kupferkavitäten ersetzt worden. Diese ermöglichen höhere Spannungsamplituden und somit eine grössere Beschleunigung der Protonen pro Umlauf. Die Anzahl der Umläufe der Protonen im Zyklotron konnte so von ca. 200 auf 186 verringert werden, und der im Zyklotron zurückgelegte Weg der Protonen sank von 6 km auf 4 km. Mit dem Strahlstrom von 2,2 mA stellt diese Protonenanlage des PSI den zurzeit leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger der Welt dar. Der 1,3 MW starke Protonenstrahl wird zur Myonenquelle (SμS) und zur Spallations-Neutronenquelle (SINQ) gelenkt.

MyonenquelleBearbeiten

In der Myonenquelle (SμS) stösst der Protonenstrahl des Ringzyklotrons auf zwei Targets – Ringe aus Kohlenstoff. Bei den Kollisionen der Protonen mit den Atomkernen des Kohlenstoffs entstehen Pionen, die nach rund 26 Milliardstel Sekunden zu Myonen zerfallen. Diese Myonen werden dann von Magneten zu einem von sechs Messplätzen geleitet, um Experimente durchzuführen.[34] Der Beschleuniger des PSI ist der einzige weltweit, der so viele Myonen erzeugt (bis zu 500 Millionen pro Sekunde),[35] dass die Suche nach bestimmten seltenen Myonenzerfällen innerhalb eines Menschenlebens Ergebnisse liefern kann. Und nur hier können dank eines speziellen Verfahrens Myonen erzeugt werden, die langsam genug sind, um damit dünne Materialschichten und Oberflächen zu untersuchen.

Spallations-NeutronenquelleBearbeiten

Die seit 1996 in Betrieb befindliche Neutronenquelle SINQ ist die erste und gleichzeitig die stärkste ihrer Art. Sie liefert einen kontinuierlichen Neutronenfluss von 1014 n/cm2/s. Die Protonen aus dem grossen Teilchenbeschleuniger treffen hier auf ein Bleitarget und schlagen aus den Bleikernen die Neutronen heraus, die dann für Experimente zur Verfügung stehen.[31] Neben thermischen Neutronen liefert ein Moderator aus flüssigem Deuterium auch langsame Neutronen, welche ein tieferes Energiespektrum besitzen.

Durch die Inbetriebnahme des MEGAPIE Targets (Megawatt Pilot-Experiment) im Sommer 2006, bei dem das Feststofftarget durch eines aus einer Blei- und Bismut-Legierung ersetzt wurde, konnte die Neutronenausbeute um ca. weitere 80 % gesteigert werden.

Das MEGAPIE-Projekt wurde durch die CEA in Cadarache und das Forschungszentrum Karlsruhe in Zusammenarbeit mit dem PSI initiiert, um die Machbarkeit eines Flüssigmetall-Targets bei 1 MW Leistung zu demonstrieren. Beschleunigergetriebene Kernreaktoren (ADS) mit derartiger Neutronenquelle stehen zur Diskussion für die Transmutation von nuklearen Abfällen.

COMET-ZyklotronBearbeiten

Dieses supraleitende 250-MeV-Zyklotron ist seit 2007 für die Protonentherapie in Betrieb und liefert den Strahl für die Tumorbekämpfung an Krebspatienten. Die Anlage produziert also unabhängig vom grossen Protonenbeschleuniger einen eigenen Protonenstrahl, der mehrere Bestrahlungsgeräte versorgt.[36]

Synchrotron-LichtquelleBearbeiten

Die Synchrotron-Lichtquelle Schweiz (Swiss Light Source,[37] SLS), ein Elektronen-Synchrotron, ist seit dem 1. August 2001 in Betrieb. Sie funktioniert wie eine Art Kombination aus Röntgengerät und Mikroskop, um verschiedenste Substanzen zu durchleuchten. In dem runden Bauwerk bewegen sich die Elektronen auf einer Kreisbahn von 288 Metern Umfang, wobei sie die Synchrotronstrahlung in tangentialer Richtung emittieren.[38] Insgesamt 350 Magnete halten den Elektronenstrahl auf seiner Bahn und fokussieren ihn; Beschleunigungskavitäten sorgen für gleichbleibende Geschwindigkeit.

 
Panoramabild der SLS

Seit 2008 ist die SLS der Beschleuniger mit dem dünnsten Elektronenstrahl weltweit – dafür haben die Forscher und Techniker des PSI acht Jahre gearbeitet und jeden einzelnen der vielen Magnete immer wieder justiert. Die SLS bietet ein sehr breites Spektrum von Synchrotronstrahlung von infrarotem Licht bis zu harten Röntgenstrahlen. Damit können Forscher mikroskopische Aufnahmen im Innern von Objekten, Materialien und Gewebe machen, um zum Beispiel Werkstoffe zu verbessern oder Medikamente zu entwickeln.[7]

2017 gelang es mit einem neuen Instrument an der SLS erstmals, in einen Teil eines Computerchips hineinzuschauen, ohne ihn zu zerstören. Dabei wurden Strukturen wie 45 Nanometer schmale Stromleitungen und 34 Nanometer hohe Transistoren sichtbar. Mit dieser Technologie können zum Beispiel Chip-Hersteller besser prüfen, ob ihre Produkte genau den Vorgaben entsprechen.[39]

Derzeit laufen unter dem Arbeitstitel „SLS 2.0“ Planungen, die SLS aufzurüsten und dadurch eine Synchrotron Lichtquelle der vierten Generation zu schaffen.[40]

SwissFELBearbeiten

Der Freie-Elektronen-Laser SwissFEL wurde am 5. Dezember 2016 durch Bundesrat Johann Schneider-Ammann symbolisch eröffnet. Im Jahr 2018 wurde die erste Strahllinie ARAMIS in Betrieb genommen. Bis Herbst 2020 soll die zweite Strahllinie ATHOS folgen.[41] Weltweit sind nur vier vergleichbare Anlagen in Betrieb.[42]

BildungszentrumBearbeiten

Das PSI Bildungszentrum – bestehend aus der Reaktorschule, der Schule für Strahlenschutz und der PSI Akademie – hat über 50 Jahre Erfahrung in der Aus- und Weiterbildung und bildet jährlich über 2000 Teilnehmende aus.[43]

Die Schule für Strahlenschutz bietet sowohl Fachkräften als auch anderen Personen, welche mit ionisierender Strahlung oder radioaktivem Material arbeiten, eine breite Palette von Grund- und Fortbildungskursen an. Die Kurse zur Erlangung des entsprechenden Sachverstandes sind vom Bundesamt für Gesundheit (BAG) und vom Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) anerkannt.

Die PSI Akademie bietet den Mitarbeitern des Instituts wie auch interessierten Personen aus dem ETH-Bereich Aus- und Weiterbildungskurse an. Seit 2015 werden an der Akademie Kurse zur Personalentwicklung (wie Konfliktmanagement, Führungsworkshops, Kommunikation, Transferable Skills etc.) durchgeführt.

Dem Institut ist die Reaktorschule als Sektion angeschlossen. Die Reaktorschule bildet zum Reaktoroperateur aus. Rechtlich handelt es sich bei der Schule um eine höhere Fachschule für Technik, womit sie auch als Technikerschule bezeichnet werden kann.

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. https://www.ethrat.ch/sites/default/files/ETHR_FB17_D.pdf
  2. a b Das PSI in Kürze. Abgerufen am 28. Februar 2019.
  3. PSI-Magazin 5232, Ausgabe 3/2018, S. 39
  4. Zahlen und Fakten. Abgerufen am 28. Februar 2019.
  5. Walter Hagenbüchle: Das Paul-Scherrer-Institut betreibt jene Art von Forschung, die einen langen Atem braucht, Interview mit PSI-Direktor Joël Mesot. Neue Zürcher Zeitung, 14. Oktober 2018, abgerufen am 28. Februar 2019.
  6. Robin Schwarzenbach: Paul Scherrer – der Mann der ETH für Zukunftsthemen. Neue Zürcher Zeitung, 15. Oktober 2018, abgerufen am 28. Februar 2019.
  7. a b c Die Geschichte des PSI. Abgerufen am 28. Februar 2019.
  8. Leonid Leiva: Wie Gesteinsporen im Tiefenlager zuwachsen. PSI, 15. Januar 2014, abgerufen am 28. Februar 2019.
  9. Protonentherapie am PSI. Abgerufen am 1. März 2019.
  10. Bonani, G. et al.: Altersbestimmung von Milligrammproben der Ötztaler Gletscherleiche mit der Beschleunigermassenspektrometrie-Methode (AMS). Report of the 1992 International Symposium in Innsbruck. In: Universität Innsbruck (Hrsg.): Publications of the University of Innsbruck. Der Mann im Eis. 187. Innsbruck 1992, S. 108–116
  11. Proton ist kleiner als gedacht. Spiegel Online, 12. Juli 2010, abgerufen am 1. März 2019.
  12. Proton kleiner als gedacht. PSI, 8. Juli 2010, abgerufen am 1. März 2019.
  13. Paul Piwnicki: Grundstrukturen des Sehens entschlüsselt. PSI, 9. März 2011, abgerufen am 1. März 2019.
  14. Beobachtung eines neuen Teilchens mit einer Masse von 125 GeV. PSI, 4. Juli 2012, abgerufen am 1. März 2019.
  15. tagesanzeiger.ch
  16. Überführung von Plutonium in die USA. Handelte es sich um waffenfähiges Plutonium? Die Schweizer Bundesversammlung, 9. März 2016, abgerufen am 1. März 2019.
  17. Schweizer Plutonium war nicht waffenfähig. tagesanzeiger.ch, 14. März 2016, abgerufen am 1. März 2019.
  18. Transport von aufgelösten Plutoniumlager des Bundes in die USA ist erfolgt. Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung, 26. Februar 2016, abgerufen am 1. März 2019.
  19. Laura Hennemann: Tauchgang in einen Magneten. PSI, 20. Juli 2017, abgerufen am 1. März 2019.
  20. Bundesrat wählt Gian-Luca Bona in den ETH-Rat und Thierry Strässle als Direktor a. i. des PSI. 14. Dezember 2018, abgerufen am 1. März 2019.
  21. PSI-Magazin 5232, Ausgabe 3/2018, S. 8–20
  22. Überblick: Materie und Material. Abgerufen am 1. März 2019.
  23. Versuchsplattform ESI – neue Wege zum Energiesystem der Zukunft. Abgerufen am 1. März 2019.
  24. Urs Baltensperger: Secondary organic aerosol formation in a smog chamber and its link to source apportionment in the real atmosphere. PSI, 12. August 2008, abgerufen am 1. März 2019.
  25. Arctic Ocean 2018. Abgerufen am 1. März 2019.
  26. Clean Energy for China. In: Energie-Spiegel. PSI, November 2016, abgerufen am 1. März 2019.
  27. 25 Jahre erfolgreiche Behandlung von Augentumoren am PSI. 15. Oktober 2010, abgerufen am 1. März 2019.
  28. Spot Scanning. Abgerufen am 1. März 2019.
  29. Sabine Goldhahn: Den Krebs im Innern treffen. PSI, 21. April 2016, abgerufen am 1. März 2019.
  30. Überblick: Mensch und Gesundheit. Abgerufen am 1. März 2019.
  31. a b Paul Piwnicki: Der Protonenbeschleuniger des PSI: 40 Jahre Spitzenforschung. PSI, 24. Februar 2014, abgerufen am 1. März 2019.
  32. Die Protonenbeschleunigeranlage des PSI. Abgerufen am 1. März 2019.
  33. Laura Hennemann: Ein zuverlässiger Typ aus den 80ern. PSI, 23. September 2014, abgerufen am 1. März 2019.
  34. Die Myonen-Quelle SμS. Abgerufen am 1. März 2019.
  35. PSI-Magazin 5232, Ausgabe 3/2018, S. 6
  36. COMET Zyklotron. Abgerufen am 1. März 2019.
  37. Paul Scherrer Institut (PSI): Swiss Lightsource SLS (home)
  38. Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS. Abgerufen am 1. März 2019.
  39. Paul Piwnicki: 3-D-Röntgenbild macht feinste Details eines Computerchips sichtbar. PSI, 16. März 2017, abgerufen am 1. März 2019.
  40. SLS-2 – the upgrade of the Swiss Light Source. Abgerufen am 1. März 2019.
  41. PSI-Geschäftsbericht, Ausgabe 2017, S. 11
  42. Laura Hennemann: Erstes Experiment am SwissFEL erfolgreich durchgeführt. PSI, 7. Dezember 2017, abgerufen am 1. März 2019.
  43. Aus- und Weiterbildung im PSI Bildungszentrum. Abgerufen am 1. März 2019.

Koordinaten: 47° 32′ 10″ N, 8° 13′ 22″ O; CH1903: 659043 / 265337