Das Paul-Scherrer-Institut (PSI) ist ein multidisziplinäres Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften. Es befindet sich in Villigen und Würenlingen im Schweizer Kanton Aargau beidseits der Aare. 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 Nuklearphysik)

Das PSI betreibt nebst verschiedenen anderen Forschungszweigen (und einer hervorragenden Kantine) auch mehrere Beschleunigeranlagen . Darunter ein 590MeV Hochstromzyklotron , welches aktuell (2004) einen Strahlstrom von ~2mA liefert, eine Spallations- Neutronenquelle , eine Synchrotronlichtquelle , die sich durch hervorragende Brillanz und Stabilität auszeichnet sowie eine mu-SR Anlage, um nur die wichtigsten zu nennen. Damit ist das PSI z.Zt. (2005) weltweit das einzige Institut, das die drei wichtigsten Sonden zur Erforschung der Struktur und der Dynamik kondensierter Materie (Neutronen, Synchrotron X-rays, muons) auf einem Campus der internationalen Nutzergemeinschaft anbietet.

Nebst Material- und Grundlagenforschung wird am PSI sehr erfolgreich an Therapieanlagen zur Tumorbehandlung mittels Protonen (Projekt Proscan ) gearbeitet mit dem Ziel diese Technik zur Marktreife zu bringen und für den Spitaleinsatz vorzubereiten.

Auf dem Areal des PSI befindet sich auch die ZWILAG Zwischenlager Würenlingen AG.

Forschungsbereiche

Mensch und Gesundheit

Festkörperforschung mit Neutronen und Myonen

Mikro- und Nanotechnologie

Teilchen und Materie

Nukleare Energie und Sicherheit

Allgemeine Energie

Myonen Spin Spektroskopie

Protonenbeschleunigeranlage

Injektor-1

Das 1974 in Betrieb genommene, von der Firma Philips erbaute Injektorzyklotron erfüllte anfänglich zwei Funktionen: zu 75% der Strahlzeit, diente es als Injektor, zur Beschleunigung eines Protonenstrahls auf 72MeV, welcher anschließend Durch das Ringzyklotron auf seine Endenergie von 590MeV gebracht wurde. Die restlichen 25% der Strahlzeit, diente diese Maschine zur Erzeugung von Teilchen mit variabler Energie, für Niederenergie Expertimente. Das Hochfrequenz -Beschleunigungssystem wurde für die beiden Einsatzzwecke verschieden ausgelegt. Die Beschleunigung im Injektormodus erfolgte bei 50MHz mit einer Spannung von 70kV. Die Beschleunigung erfolgte zwei mal pro Umlauf, so dass die Teilchen 500mal kreisten, bis sie die Extraktionsenergie von 72MeV 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 17MHz 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 jedoch erst 1997 nachträglich eingebaut. Mit dem Injektor-1 wurden Betriebsströme um 170µA und Spitzenströme um 200µA erreicht. Aktuell wird der Injektor-1 für Niederenergie Experimente, für die OPTIS-Augentherapie und für das LiSoR-Experiment im Rahmen des Megapie Projekts genutzt.

Injektor-2

Der 1984 in Betrieb genommene Injektor-2, eine Eigenentwicklung des damaligen SIN, löste den Injektor-1 als Einschussmaschine für das 590MeV 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 1-2mA anzuheben, für die 80er Jahre ein absoluter Spitzenwert. Aktuell ( 2004 ) liefert der Injektor-2 einen Strahlstrom von ~2mA. Ursprünglich wurden zwei Resonatoren mit 150MHz im Flattop-Betrieb betrieben, um eine saubere Trennung der Protonenbahnen zu erhalten, inzwischen werden jedoch auch diese mit 50MHz zur Beschleunigung eingesetzt. Aus dem extrahierten 72MeV Protonenstrahl kann ein Teil zur Isotopenproduktion oder für Experimente abgeschnitten werden.

Ring

Das 1974 in Betrieb genommene Ring-Zyklotron ist wie der Injektor-2 eine Eigenentwicklung des damaligen SIN und Herzstück der PSI Protonenbeschleunigeranlagen . Seit 1978 werden dort routinemässig Strahlströme über 100µA erreicht. 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 in Villigen, Schweiz ; wobei die ersten Beiden, nur einen Strahlstrom von 500µA (TRIUMF) bzw. 1mA (LAMPF) erreichten. Während der ca. 6km langen Strecke, welche die Protonen im Ring zurücklegen, werden sie auf 80% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Die 1979 zusätzlich eingebaute, kleinere, fünfte Kavität wird mit 150MHz als Flattop-Kavität betrieben, wodurch die Anzahl der extrahierten Teilchen deutlich gesteigert werden konnte.
Der extrahierte Protonenstrahl wird durch zwei sogenannte Targets hindurch, an welchen Myonen und Pionen erzeugt werden, auf die Spallations Neutronenquelle (SINQ) gelenkt. Zusätzlich wird bei Bedarf ein Teil des Strahles abgeschnitten und zur Tumorbekämpfung in die Gantry gelenkt (Siehe: Projekt PROSCAN), oder für weitere Experimente verwendet.

Spallations Neutronenquelle (SINQ)

Synchrotonlichtquelle Schweiz (SLS)

Weblinks

• PSI Homepage

Siehe auch

• Paul Scherrer