Licht in der Forschung

Licht nimmt in der Forschung am PSI eine wichtige Rolle ein. Sei es als Laser, der ultraschnelle Prozesse in biologischen Molekülen anstösst, als besondere Beleuchtung im Reinraum oder als das Leuchten von Gasatomen, wenn Protonen darauf treffen. In dieser Galerie legen wir den Akzent auf fünf verschiedene Spektralfarben.

PSI-Campus
rot

Rot 

Das rote Laserlicht wird hier an der jüngsten Grossforschungsanlage des PSI, dem Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL, verwendet. Über Spiegel wird es auf Proben, zum Beispiel Biomoleküle, geleitet, um sie in einen angeregten Zustand zu versetzen. Die auf diese Weise hervorgerufenen, extrem schnellen Vorgänge werden über die sehr kurzen Pulse von äusserst hellem Röntgenlicht festgehalten. Am Ende entsteht ein Extrem-Zeitlupenfilm von den ausgelösten Dynamiken, der die atomaren Bewegungen dieser wichtigen Bausteine des Lebens anschaulich macht. Diese Grundlagenforschung führt beispielsweise zu neuen Einsichten in lichtsammelnde Proteine und Abläufe in Bezug auf die Photosynthese.

Gelb 

Gelbes Licht ist unerlässlich während der Vorbereitung zur Übertragung von Mikrostrukturen auf einen Wafer. Wafer sind kreisrunde Scheiben, die aus einem Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium bestehen und der Herstellung von Mikrochips dienen. Zunächst werden die Waver gereinigt und es werden Fremdatome eingefügt, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Danach wird ein lichtempfindlicher Fotolack aufgetragen, in den dann später mithilfe von Masken und Licht Schaltkreise geätzt werden. Während der Fotolack aufgetragen wird, darf kein blaues und ultraviolettes Licht vorhanden sein. In den PSI-Reinräumen im angrenzenden Park Innovaare ist zu diesem Zweck die Raumbeleuchtung, die sich auf dem Wafer spiegelt, mit gelben Folienfiltern beschichtet.

gelb
grün

Grün 

Das grüne Laserlicht wird am Zentrum für Protonentherapie des PSI eingesetzt. Hier werden Personen, die an Krebs erkrankt sind, behandelt. Die Strahlentherapie mittels Protonen ist besonders schonend für umliegendes gesundes Gewebe. Da sich im Verlauf der mehrwöchigen Therapie Form und Lage des Tumors verändern können, bildet eine niedrig dosierte Computertomografie (CT) die Grundlage für eine optimale Bestrahlung. Die Hilfslinien, die das grüne Laserlicht auf dem Körper erzeugt, erlauben es vor dem CT, Patientinnen und Patienten exakt und in jeder Sitzung reproduzierbar zu positionieren.

Blau 

Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS erzeugt mit beschleunigten Elektronen Röntgenlicht von extrem hoher Brillanz. Es wird für Untersuchungen unter anderem in den Bereichen Physik, Materialwissenschaften, Biologie, Chemie und Umweltwissenschaften genutzt. Diese Vielfalt ergibt sich dadurch, dass es sich bei Synchrotronlicht um polychromes Licht handelt. An den rund zwanzig Experimentierstationen werden dann jeweils die für die Untersuchung benötigten Wellenlängen herausgefiltert. Überwiegend liegt das Synchrotronlicht im nicht sichtbaren Bereich; das hier gezeigte Blau gehört zu dem geringeren sichtbaren Anteil. An der Diagnostik-Strahllinie wird das Licht analysiert, um wichtige Maschinenparameter zu ermitteln, die zur Leistungsoptimierung und zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs beitragen

blau
lila

Violett 

Dieser violette Strahl ist hinter einem Vakuumfenster nach der Protonenquelle des PSI zu sehen. In der Quelle wird Gas aus molekularem Wasserstoff mit Mikrowellen bestrahlt. Dadurch verwandelt sich das Gas in ein Plasma, in dem sich die Wasserstoffatomkerne, die Protonen, einzeln frei bewegen können. Diese Protonen werden mit Hochspannung beschleunigt und bilden einen Strahl. Der Protonenstrahl selbst emittiert kein Licht. Das Violett entsteht vielmehr dadurch, dass die Protonen mit Restgas kollidieren und es zum Leuchten anregen. Anschliessend werden die Protonen im grossen Zyklotron, dem Herzstück der grossen Protonenbeschleunigeranlage des PSI, auf achtzig Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und erzeugen so einen Protonenstrahl, der zu den intensivsten weltweit gehört.

Text: Paul Scherrer Institut PSI/Christian Heid

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