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Was macht ein Physiker, wenn sein Experiment eine hochgenaue Zeiterfassung benötigt? So genau, dass bestehende Elektronik kaum weiterhilft? Ein Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI hat sich kurzerhand entschlossen, selbst eine Lösung zu entwickeln. Die heisst DRS4 und ist ein hochpräziser Elektronikchip, der die Physik unseres gesamten Universums entschlüsseln könnte. Nebenbei hilft der Chip schon heute Ärzten, Hirntumore genauestens zu lokalisieren.

Allen Warnungen vor den Folgen des Klimawandels zum Trotz und unbeeindruckt von politischen Absichtserklärungen: Die weltweiten Kohlendioxidemissionen steigen und steigen. Hauptverantwortlich dafür sind Kohle- und Gaskraftwerke, die den zunehmenden Strombedarf decken. Könnte man deren Kohlendioxidemissionen dauerhaft im Boden speichern, anstatt damit Atmosphäre und Klima zu belasten? Und wäre das auch für die Schweiz interessant? Diese Fragen beleuchtet der neueste Energie-Spiegel des PSI.

Physiker des Paul Scherrer Instituts PSI gemeinsam mit Kollegen aus China sowie von der ETH Zürich und der ETH Lausanne EPFL haben bei Versuchen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS ein Teilchen nachgewiesen, dessen Existenz bereits vor 86 Jahren vorausgesagt worden war. Es handelt sich um ein Mitglied der Teilchenfamilie, zu denen auch das Elektron, der Träger elektrischer Ströme, gehört. Anders als das Elektron hat das neue Teilchen aber keine Masse und es kommt nur in einer bestimmten Klasse von Materialien vor, die als Weyl-Halbmetalle bezeichnet werden.

Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS fällt zuerst durch ihr markantes Gebäude auf. Innen beeindruckt sie mit Spitzenforschung. Ein Streifzug durch die Welt, in der Elektronen Slalomkurse einlegen und Röntgenstrahlen Proteine entschlüsseln.

Das Paul Scherrer Institut PSI ist an einem Projekt mehrerer Forschungsinstitute (unter Leitung der EPFL) beteiligt, ein Röntgengerät speziell für Entwicklungsländer zu entwickeln. Das Gerät soll mit tropischem Klima zurechtkommen sowie einfach zu reparieren und kostengünstig sein. PSI-Forschende konzentrieren sich dabei auf das Herstellen eines kostengünstigen Detektors, der für die Bildaufnahmen benötigt wird. Vergleichbar mit einem Chip in einer Digitalkamera registriert der Detektor das Röntgenlicht.

Mikroskopische Abweichungen von der idealen Struktur machen den KKW-Brennstoff Urandioxid widerstandsfähiger gegen Strahlungsschäden.

Interview mit Luc PattheyLuc Patthey ist für das Design und die Umsetzung der Strahllinien für den Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL verantwortlich. Im Interview erklärt er, welche Anforderungen die Strahllinien erfüllen müssen, damit die vom SwissFEL erzeugten Röntgenlichtpulse in der optimalen Form zu den Experimenten gelangen und welche Rolle Kooperationen bei der Entwicklung von Strahllinien spielen.

Für immer kompaktere Speichermedien der Zukunft müssen magnetische Bereiche – die Speicherbits – immer kleiner werden. Doch wie klein kann ein Magnet überhaupt werden? Frithjof Nolting und seine Kollegen erforschen am Paul Scherrer Institut PSI den Nanomagnetismus.

Am Paul Scherrer Institut ist es Forschenden gelungen, den kleinstmöglichen Blitz aus Terahertzlicht zu erzeugen. Damit eröffnet sich ein neuer Weg, um die Eigenschaften von Materialien zu untersuchen.

Schwach- und mittelaktive nukleare Abfälle bleiben in einem geologischen Tiefenlager über mehrere Tausend Jahre in Zementmaterialien verpackt. Forschende des Paul Scherrer Instituts und des Karlsruher Instituts für Technologie haben nun gezeigt, wie Zement die Bewegungsfreiheit der radioaktiven Substanzen einschränkt. Das verbessert das Verständnis der Prozesse, die in dieser ersten Phase der Tiefenlagerung ablaufen werden.

Interview mit Damien Charles WeberDamien Charles Weber ist seit 2013 Leiter und Chefarzt des Zentrums für Protonentherapie, dem einzigen Zentrum dieser Art in der Schweiz. In diesem Interview spricht er über die Erfolge der Protonentherapie bei der Krebsbehandlung und die Ziele, die für die nächsten Jahre in diesem Bereich anvisiert sind.

Forschenden des Paul Scherrer Instituts ist es gelungen, in einem Halbleitermaterial regelmässige Muster zu erzeugen, die 16 Mal kleiner sind als diejenigen heutiger Computer-Chips. Damit haben sie einen wichtigen Schritt zu noch kleineren Computerbauteilen gemacht. Strukturen dieser Grösse sieht die Industrie als Standard für das Jahr 2028 vor.

An SwissFEL und SLS Biomoleküle entschlüsseln: Proteine sind ein begehrtes, aber widerspenstiges Forschungsobjekt. Eine für Freie-Elektronen-Röntgenlaser wie dem zukünftigen SwissFEL des PSI entwickelte Methode soll ihre Erforschung nun ein grosses Stück vorantreiben. Dabei werden viele identische, kleine Proteinproben in kurzen Abständen hintereinander mit einem Röntgenstrahl durchleuchtet. Damit wird ein bisheriges Hauptproblem der Erforschung von Proteinen umgangen: Proben in ausreichender Grösse herzustellen.

Die ersten Undulator-Gestelle sind im SwissFEL-Gebäude angekommen. Rund ein halbes Jahr dauert nun die Fertigmontage. Danach werden die fertigen Undulatoren zur Installation in den SwissFEL-Beschleunigertunnel gebracht.

Winzige Bläschen im Innern von Eierschalen liefern die Stoffe, die das Wachstum der Schale stimulieren und steuern. Mit einer neuartigen Tomografie-Technik haben Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI, der ETH Zürich und des niederländischen AMOLF-Instituts diese Bläschen erstmals in 3D abbilden können. Sie heben damit eine alte Einschränkung tomografischer Bilder auf und hoffen, dass eines Tages auch die Medizin von ihrer Methode profitiert.

Interview mit Gabriel AeppliSeit 2014 ist Gabriel Aeppli Leiter des Forschungsbereichs Synchrotronstrahlung und Nanotechnologie am PSI. Zuvor hat der gebürtige Schweizer in London ein führendes Forschungszentrum für Nanotechnologie aufgebaut. Im Interview erläutert Aeppli wie sich die Forschungsansätze der Zukunft an den Grossforschungsanlagen des PSI umsetzen lassen und spricht über seinen Blick auf die Schweiz.

Forschenden des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich ist es gelungen, einen winzigen chemischen Reaktor im Labor herzustellen, mit dem eines Tages Benzin und Diesel kostengünstiger und nachhaltiger als heute herzustellen sein könnten. Die Wissenschaftler veränderten gezielt Nanometer kleine, poröse Zeolithkristalle und bauten so einen Nanoreaktor, der zwei der Umwandlungsschritte bei der Herstellung von Kohlenwasserstoffen vollziehen kann.

SwissFEL, der Röntgenlaser des PSI, wird die einzelnen Schritte sehr schneller Vorgänge sichtbar machen. Ein neues Verfahren soll besonders genaue Experimente ermöglichen: Dabei werden die einzelnen Röntgenblitze in mehrere Teile aufgespalten, die nacheinander am Untersuchungsobjekt ankommen. Das Prinzip des Verfahrens erinnert an die Ideen der frühesten Hochgeschwindigkeitsfotografie.

Seit Jahren testen PSI-Forschende Experimentiermethoden, die am Röntgenlaser SwissFEL Einblicke in neuartige Materialien für elektronische Geräte ermöglichen werden. Mit einem besonderen Trick bringen sie dafür die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI dazu, Licht zu erzeugen, das ähnliche Eigenschaften hat, wie dasjenige des SwissFEL. So konnten die Forschenden zeigen, dass die geplanten Experimente im Grundsatz möglich sind und den Bau des entsprechenden Messplatzes am SwissFEL vorschlagen.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI beteiligen sich an mehreren Projekten des neuen Nationalen Forschungsprogramms „Energiewende“ (NFP70) des Schweizerischen Nationalfonds SNF. Die PSI-Fachleute setzen sich dabei mit Fragestellungen wie den Feinstaubemissionen von Holzheizungen, der ganzheitlichen Bewertung von Energietechnologien und der Herstellung von Halbleiter-Bauteilen für neuartige Transformatoren auseinander.

Eine vom Paul Scherrer Institut PSI koordinierte Studie des Zentrums für Technologiefolgenabschätzung TA-Swiss empfiehlt, die Tiefengeothermie in der Schweiz weiter voranzutreiben. Die Energieressourcen im Untergrund sind sehr gross, umweltfreundlich zu gewinnen und jederzeit verfügbar, begründen die Studienautoren ihren Befund. Das Erdbebenrisiko und die noch zu hohen Kosten bleiben Herausforderungen, die die Gesellschaft gegen den Nutzen der Geothermie abwägen muss.

Mit 80 Teilnehmerinnen und Teilnehmern fand am 2. Dezember am Paul Scherrer Institut PSI die erste Jahreskonferenz des Kompetenzzentrums des Bundes für Bioenergie (SCCER BIOSWEET) statt. Das im Rahmen des Aktionsplans Energieforschung Schweiz gegründete Kompetenzzentrum definierte in der Tagung die Ziele, Strategien und Positionierung der Bioenergie-Forschung vor dem Hintergrund der neuen schweizerischen Energiepolitik.

In den vergangenen vier Jahren haben Forschende des PSI in der Injektor-Testanlage Schlüsseltechnologien für den Röntgenlaser SwissFEL entwickelt und auf Herz und Nieren geprüft. Nun ist das Forschungsprogramm beendet. Anfang 2015 startet die Installation der neuen Grossforschungsanlage.

PSI-Direktor Joël Mesot hat sich heute in der Aargauer Zeitung mit einem Gastkommentar zur Debatte um die Ecopop-Initiative geäussert. Lesen Sie hier seinen vollständigen Text.

Am vergangenen 4. November fand am Paul Scherrer Institut das erste Jahressymposium des Kompetenzzentrum des Bundes für Forschung zu Strom- und Wärmespeicherung (SCCER Heat and Electricity Storage) statt. Vertreter aus den beteiligten Forschungsgruppen sowie aus Industrieunternehmen mit einem Bezug zum Thema Speicherung berichteten in ihren Vorträgen über die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Wärme- und Stromspeicherung in der Schweiz. Die Tagung zeigte die Intensität der Transformationen, die von der Energiestrategie 2050 in Gang gesetzt worden sind.

Holzfeuerungen sind an Wintersmog-Tagen in der Schweiz die Hauptquellen von gesundheitsschädigendem kohlenstoffhaltigem Feinstaub. Das zeigt eine gross angelegte Schweizer Studie zur Feinstaubbelastung, die über 5 Jahre durch Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts PSI, der Universität Bern und der ETH Zürich durchgeführt wurde.

Nur kurz durfte das Gebäude der neuen PSI-Grossforschungsanlage SwissFEL im Würenlinger Unterwald das Sonnenlicht geniessen. Zurzeit verschwindet es unter einem Erdwall. Die Überdeckung ist Teil einer Reihe von Massnahmen, die die Anlage bestmöglich in die Umgebung integrieren werden.

Heute haben sich mehrere Hundert Wissenschaftsvertreter aus verschiedenen europäischen Ländern auf der Baustelle der europäischen Spallations-Neutronenquelle (European Spallation Source ESS) in Lund, Schweden, zur Grundsteinlegungsfeier für die ESS versammelt. Mit dieser Veranstaltung wurde nicht nur der Grundstein für die neue Anlage gelegt, deren Bau kürzlich begonnen hat, sondern auch für eine neue Phase in der europäischen Wissenschaft.

Julia H. Smith arbeitet als Postdoktorandin an Detektoren für den Röntgenlaser SwissFEL – gewissermassen den Augen der neuen PSI-Grossanlage. Sie hat gute Chancen, während der Zeit am PSI ihren Detektor bis zur Anwendung zu begleiten. Noch wichtiger, als die ersten Experimente mitzuerleben, ist für mich jedoch, mir während meines Postdoktorats möglichst viel Wissen anzueignen. Denn Smith will auch nach dem Postdoktorat im Bereich Detektoren und Technologieentwicklung bleiben, in der Industrie oder einem anderen Forschungsinstitut.

Magnete sind die heimlichen Strippenzieher eines Teilchenbeschleunigers: Sie sorgen dafür, dass Protonen oder Elektronen auf Kurs bleiben. Mit den kleinen Magneten an der heimischen Kühlschranktür haben sie allerdings kaum etwas gemein. Nicht nur sind etliche der Magnete am PSI schwerer als der Kühlschrank selbst à sie sind trotz ihrer Wuchtigkeit Meisterwerke der Präzision.

Ein Linearbeschleuniger im Retro-Look ist der Ursprung des Protonenstrahls am PSI. Benannt nach den Erfindern des Prinzips heisst der charismatische Typ Cockcroft-Walton. Er liefert seit 1984 die erste Beschleunigungsstufe für Protonen, die in der Folge von zwei weiteren Ringbeschleunigern auf schliesslich rund 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gebracht werden. So entsteht hier seit Jahrzehnten ein beachtenswerter Protonenstrahl, der dank kontinuierlicher Nachrüstungen seit 1994 sogar den Weltrekord als leistungsstärkster Strahl hält.

Wie anfällig ist die globale Energieinfrastruktur für Angriffe durch nichtstaatliche Akteure? Hat die Anzahl der Anschläge auf diese Infrastruktur in letzter Zeit tatsächlich zugenommen? Welche Weltregionen sind besonders verwundbar? Und welche Taktiken wenden die Angreifer an? Antworten auf diese und weitere verwandte Fragen wollen Wissenschaftler mit Hilfe einer Datenbank finden, die Forschende des Center of Security Studies der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit Kollegen des Paul Scherrer Instituts PSI entwickelt haben.

In Kernreaktoren wird an den heissen Brennelementen Wasser aufgespalten, wobei Wasserstoff entsteht. Der Wasserstoff kann in das Hüllrohr, das den eigentlichen Brennstoff umgibt, eindringen und dieses mechanisch schwächen. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI untersuchen mit Hilfe von Neutronen und Synchrotronstrahlung, wie der Wasserstoff ins Hüllrohr kommt, und welche Wirkung er darin entfalten kann.

Das Molekül Dikohlenstoff (C₂) kommt in allen Flammen vor, in denen ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff verbrannt wird. C₂ leuchtet sichtbar, es steckt hinter der blauen Farbe im Innern einer Kerzenflamme und es könnte auch bei der Bildung von Russ eine wichtige Rolle spielen. Nun haben Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts einen bisher unsichtbaren Energiezustand von C₂, einen sogenannten dunklen Zustand, erstmals sichtbar gemacht. Ihr Fund interessiert nicht nur Verbrennungsforscher, er löst auch ein hundert Jahre altes Rätsel im Spektrum dieses omnipräsenten Moleküls auf.

Vergangenen Sonntag luden das Paul Scherrer Institut PSI und die Arbeitsgemeinschaft EquiFEL Suisse die Einwohnerinnen und Einwohner der Umgebung zum Tag der offenen SwissFEL-Baustelle ein. Rund 600 Interessierte informierten sich an mehreren Stationen über den aktuellen Bau- und Projektstand.

Porträt des PSI-Doktoranden Patrick Lanz
Bereits in seiner Schulzeit entdeckte Patrick Lanz seine Faszination für die Welt der Wissenschaft und Technik. Als Elektrotechniker hatte sein Vater zu Hause ein gutes Sortiment an Elektronik-Baukästen. Der junge Patrick begnügte sich aber nicht damit, mit ferngesteuerten Autos zu spielen, sondern zerlegte sein Spielzeug systematisch auf der Suche nach Erklärungen für dessen Funktionsweise. Später begann Lanz auch, kleine Batterien aufzumachen, weil er verstehen wollte, „was dort drinnen passiert.“ Es war vielleicht sein erster Schritt zu seiner heutigen Arbeit als Batterieforscher.

Rebekka Liefert schliesst dieses Jahr am PSI ihre vierjährige Lehre als Polymechanikerin ab. Besonders gefiel ihr am Forschungsinstitut, dass fast nur Prototypen gebaut werden. Denn die Bestandteile für die Forschungsanlagen am PSI sind meist Einzelstücke. Die Serienanfertigung wäre nicht so ihr Ding gewesen, dafür sei sie zu schnell gelangweilt. Ich kann nicht still sitzen, deshalb ist die Abwechslung hier perfekt für mich.

Damit die Elektronen die benötigte Energie erreichen können, muss ihre Bahn im Linearbeschleuniger absolut geradlinig verlaufen. Schon die kleinste Krümmung bedeutet einen Energieverlust, den sich der vergleichsweise kurze SwissFEL-Linearbeschleuniger nicht leisten kann. Daher muss beim Gebäudebau sogar die Erdkrümmung ausgeglichen werden.

Aus Lignin, einem der Hauptbestandteile von Pflanzen, kann etwa durch thermische Zersetzung eine Art Bio-Öl gewonnen werden. Dieses Pyrolyse-Öl wiederum würde einen guten Kraftstoff abgeben, wenn es nicht korrosiv und somit schwer zu lagern und zu transportieren wäre. Wird aber aus dem Pyrolyse-Öl der beissende Sauerstoff entfernt, bleiben wertvolle organische Stoffe, Aromaten genannt, zurück. Wie man gezielt und direkt aus Lignin diese Aromaten herstellen kann, haben PSI-Forschende mit Hilfe einer breiten Palette von Katalysatoren untersucht.

Am selben Ort Russ filtern und Stickoxide reduzieren à an der Kombination dieser beiden wichtigen Aufgaben der Abgasnachbehandlung in Fahrzeugen arbeiten Ingenieure seit einigen Jahren. Forschende des Paul Scherrer Instituts zeigen: Unrealistisch ist das nicht. Am Russ sollte es jedenfalls nicht scheitern.

Am 28. März 2014 wird am Paul Scherrer Institut PSI das Richtfest einer neuen Versuchsanlage zur Untersuchung der Energiegewinnung aus nasser Biomasse gefeiert. Die Anlage ist in einem Schiffscontainer untergebracht und soll aus Gülle, Klärschlamm oder Algen synthetisches Biogas produzieren.

Forscher des Paul Scherrer Institutes PSI und der Ungarischen Akademie der Wissenschaften haben in einem EU-Projekt grundlegende Eigenschaften von Tongesteinen in einem Tiefenlager für hochradioaktive Abfälle untersucht. Die Forschungsergebnisse des PSI zeigen, dass die am Opalinuston-Gestein gewonnenen Erkenntnisse auf das in Ungarn vorkommende Bodaton-Gestein übertragen werden können.

2016 wird der SwissFEL am Paul Scherrer Institut PSI seinen Betrieb aufnehmen. Im Besucherzentrum psi forum kann die neue Grossforschungsanlage des PSI bereits heute erkundet werden: Ein interaktiver Medientisch wird den SwissFEL von der Bauphase über die Inbetriebnahme bis zum Regulärbetrieb begleiten.

Mit ecoinvent betreibt das Paul Scherrer Institut zusammen mit Partnern an der ETH Zürich, der ETH Lausanne, der Empa und am Agroscope seit über 10 Jahren die weltweit führende Datenbank für Ökobilanzen. Die jüngst herausgegebene dritte Version von ecoinvent versammelt neue Daten in Bereichen wie Stromproduktion, Landwirtschaft, Verkehr, Bergbau und Chemikalien. Im für Lebenszyklusanalysen bedeutenden Stromsektor umfasst die Datenbank neu über 80 Prozent der globalen Produktion. Auch zuvor nicht berücksichtigte Technologien wie die Tiefengeothermie finden fortan in ecoinvent Berücksichtigung. Das Ergebnis sind präzisere ökologische Bewertungen von Produkten und Dienstleistungen

Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI haben ein solarthermisches Verfahren zur Gewinnung des technologisch wichtigen Wertstoffes Zinkoxid aus Zink-Recyclingprodukten im Labormassstab demonstriert. Der Reinheitsgrad des solaren Produktes übertrifft denjenigen, den man auf der industriell etablierten Route erhält

Damit die SwissFEL-Elektronen nicht auf die schiefe Bahn geratenKostengünstig und mit minimaler Fehlerrate – die Ziele, die sich die PSI-Ingenieure der Sektion Leistungselektronik für die Entwicklung der Magnet-Speisegeräte für den SwissFEL gesteckt haben, sind ehrgeizig.

Interview mit Beat HenrichDer Physiker Beat Henrich leitet das Schülerlabor iLab am Paul Scherrer Institut. Im Interview erklärt er wie er Jugendliche für die Physik begeistert.

Die Gitter-Boltzmann-Methode entstand Anfang der 1990er Jahre als eine Berechnungsmethode, um die Boltzmann-Gleichung numerisch, also mithilfe von Computern zu lösen. Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI erweitern nun mit einem neuen Modell den Anwendungsbereich der Gitter-Boltzmann-Methode auf komplexere Situationen. Mit ihrer Arbeit eröffnen sie den Zugang zu realitätsnäheren Computersimulationen von vielen technischen Vorgängen, wie sie sich etwa in den meist mikroporösen Strukturen technischer Katalysatoren, in Dieselpartikelfiltern, Verbrennungsmikroreaktoren oder Brennstoffzellen abspielen.