mini|Logo des PSI
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 2200 Mitarbeitende und betreibt auf einem Areal von über 35 HektarenPSI-Magazin 5232, Ausgabe 3/2018, S. 39 Grundlagenforschung und angewandte Forschung in den Bereichen Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Health Innovation sowie Grundlagen der Natur. Die Forschungsaktivitäten verteilen sich auf folgende Schwerpunkte: Materialwissenschaften 35 %, Lebenswissenschaften 25 %, Allgemeine Energie 19 %, Nukleare Energie und Sicherheit 13 %, Teilchenphysik 8 %.
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 Forschende aus 60 verschiedenen Nationen an das PSI, um dessen Grossforschungseinrichtungen zu nutzen. Rund 1900 Experimente werden jedes Jahr an den etwa 40 Messplätzen der Anlagen durchgeführt.
Das Institut gehörte in den letzten Jahren zu den grössten Empfängern von Geldern aus dem Lotteriefonds.
Geschichte mini|Lewis Strauss und die Promotoren des Kaufes des späteren Saphir-Reaktors Walter E. Boveri und Paul Scherrer (beide rechts) Paul Scherrer hatte 1955 während der Konferenz "Atoms for Peace" zur Kerntechnologie in Genf erkannt, dass der von den USA dort ausgestellte Reaktor in der Schweiz verbleiben könnte und veranlasste mit dem Bankier und BBC-Präsident Walter E. Boveri den Ankauf des Reaktors durch die Eidgenossenschaft. Es folgte die Gründung der Reaktor AG in Würenlingen zum Betrieb des nun Saphir genannten und der Eidgenossenschaft abgekauften Versuchsreaktors.Wollte die Schweiz wirklich eine Atombombe entwickeln?, Tages-Anzeiger, 3. März 2023, S. 40 Der Verwaltungsrat umfasste 15 Mitglieder, von denen alt Bundesrat Rodolphe Rubattel, der Direktor der Eidgenössischen Finanzverwaltung Max Iklé und Paul Scherrer von der ETH (Zürich) durch den Bundesrat ernannt wurden. 1960 ging die Reaktor AG im Eidgenössischen Institut für Reaktorforschung EIR auf.
Das nach Paul Scherrer benannte Institut entstand 1988 aus dem Zusammenschluss des EIR und dem 1968 gegründeten SIN (Schweizerisches Institut für Nuklearforschung). Die beiden Institute lagen einander gegenüber an der Aare und dienten als nationale Zentren zur Erforschung der Kernenergie einerseits und der Kern- und Teilchenphysik andererseits. Mit den Jahren wurde die Forschung auf andere Bereiche ausgeweitet, sodass zum Beispiel Kern- und Reaktorphysik heute noch 11 Prozent der Forschungsarbeiten 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. Es wird aber nach wie vor an zukünftigen Atom-Reaktoren, wie z. B. dem Hochtemperaturreaktor, weitergeforscht. mini|Das PSI liegt rechts und links der Aare im Kanton Aargau
Seit 1984 betreibt das PSI (anfangs noch als SIN) das Zentrum für Protonentherapie zur Behandlung von Patienten mit Augenmelanomen und anderen tief im Körper liegenden Tumoren. Über 9000 Personen wurden seither behandelt (Stand 2020).
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 auf dem Hönggerberg bei Zürich, der seinerzeit von der ETH Zürich und dem PSI gemeinsam betrieben wurde, 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.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 1993 wurde Saphir letztmals betrieben und nach 2000 zurückgebaut.Stilllegung der Reaktoranlage SAPHIR, Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, 24. Januar 2000
Im Jahr 2009 erhielt der aus Indien stammende britische Strukturbiologe Venkatraman Ramakrishnan den Chemie-Nobelpreis auch für seine Studien an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS). Die SLS ist eine der vier Grossforschungsanlagen des PSI. Dank der Studien konnte Ramakrishnan klären, 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 Forschungsteam am PSI mit negativen Myonen 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.Pohl, R. et al.: The size of the proton, In: Nature, 466, S. 213–216, 8. Juli 2010 Laut Presseberichten war dieses Ergebnis nicht nur überraschend, es könnte auch bisherige Modelle der Physik in Frage stellen. Die Messungen waren einzig mit dem 590 MeV Protonenbeschleuniger HIPA des PSI möglich, weil weltweit nur dessen sekundär erzeugter Myonenstrahl intensiv genug ist, um das Experiment durchzuführen.
2011 gelang es Forschenden 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.
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.
Im Januar 2016 wurden 20 Kilogramm Plutonium aus dem PSI in die USA gebracht. Laut einem ZeitungsberichtSchweiz lagerte Plutonium für vier Atombomben, auf tagesanzeiger.ch soll Material 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. 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. 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.
+ 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 2019–2020 Thierry Strässle (Interim) Seit 1. April 2020 Christian Rüegg
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.
Der langjährige Direktor des PSI Joël François Mesot (2008 bis 2018) wurde Ende 2018 zum Präsidenten der ETH Zürich gewählt. Seinen Posten übernahm ab Januar 2019 übergangsweise der Physiker und Stabschef des PSI Thierry Strässle. Seit 1. April 2020 ist der Physiker und ehemaliger Leiter des PSI-Forschungsbereichs Neutronen und Myonen Christian Rüegg Direktor des PSI. Am 8. Dezember 2023 hat ihn der Bundesrat für weitere vier Jahre gewählt.
Aus dem PSI sind im Laufe der Jahre zahlreiche Unternehmen ausgegründet worden, um die Forschungserkenntnisse für die Gesellschaft nutzbar zu machen. Das mit 120 Mitarbeitenden 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.PSI-Magazin 5232, Ausgabe 3/2018, S. 8–20
mini|Verwaltungsgebäude Areal Ost des PSI in Würenlingen
Forschungs- und Fachbereiche Das PSI entwickelt, baut und betreibt mehrere Beschleunigeranlagen, z. B. ein 590-MeV-Hochstromzyklotron, das im Routinebetrieb 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 (2020) 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. Ausserdem produzieren die Targetanlagen von HIPA auch Pionen, die die Myonenquelle speisen, und die ultrakalte Neutronenquelle UCN sehr langsame, ultrakalte Neutronen. Alle Teilchenarten werden für die Forschung in der Teilchenphysik genutzt.
Nicht zuletzt mithilfe dieser Anlagen wird am PSI unter anderem auf folgenden Gebieten geforscht:
Zukunftstechnologien Für Quantencomputer, leistungsfähigere Stromspeicher oder -leiter bis hin zu hochpräzisen medizinischen Anwendungen werden innovative Verfahren und Technologien benötigt. Für deren Entwicklung sind neue Materialien von entscheidender Bedeutung. Die Eigenschaften von Materialien werden bestimmt durch die Art der Atome, aus denen sie bestehen, wie diese angeordnet sind und wie sie sich bewegen können. Auf dem Gebiet Zukunftstechnologien wird dieser Zusammenhang zwischen innerem Aufbau und beobachtbaren Eigenschaften untersucht.
Die Forschungsergebnisse sollen die Grundlagen für neue Anwendungen in der Medizin, der Informationstechnologie, der Energiegewinnung und -speicherung oder für neue Produktionsverfahren der Industrie schaffen. Bisher unbekannte Möglichkeiten der Datenverarbeitung und -speicherung werden an den Grossforschungsanlagen des PSI ebenso erforscht wie die Frage, wie Technologien nachhaltiger und leistungsfähiger gemacht werden können. Zudem werden neue Verfahren für die immer spezifischere Erforschung des Mikro- und Nanobereichs entwickelt.
Energie und Klima Im Bereich Energie und Klima werden alle Aspekte der menschlichen Energienutzung behandelt – mit dem Ziel, die Energieversorgung nachhaltiger zu gestalten. Unter anderem: neue Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien, verlustarme Energiespeicherung, Energieeffizienz, schadstoffarme Verbrennung, Brennstoffzellen, experimentelle und modellgestützte Bewertung von Energie- und Stoffkreisläufen, Umwelteinflüsse von Energieproduktion und -verbrauch, nukleare Energieforschung (insbesondere Reaktorsicherheit und Entsorgung).