Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) wird umgebaut

Am Samstag wird die Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS), eine der fünf Grossforschungsanlagen des Paul Scherrer-Instituts, heruntergefahren. Sie bleibt für etwas mehr als ein Jahr für die Forschung ausser Betrieb, während die Anlage mit dem Umbauprojekt «SLS 2.0» ein Upgrad erhält. Danach soll sie für wissenschaftliche Experimente noch intensiveres Röntgenlicht liefern als bisher.

Quelle: Paul Scherrer Institut/Michel Jaussi Photography

Das markanteste Gebäude des PSI: Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) ist kreisrund, entsprechend dem Elektronenspeicherring von 288 Metern Umfang, der darin verläuft. Die auf knapp Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Elektronen liefern an rund 20 Experimentierplätzen hochintensive Synchrotronstrahlung für die Forschung.

Als einzige Synchrotron-Forschungsanlage der Schweiz wird liefert sie hochintensives Röntgenlicht für wissenschaftliche Experimente, unter anderem für die Bereiche Physik, Materialwissenschaften, Chemie, Biologie und Medizin. Seit die SLS im 2001 den Betrieb aufgenommen hat , sind mit der Anlage rund 22 500 Experimente durchegeführt worden. Wie das PSI schreibt, haben sie in diesen 22 Jahren rund 53 000 Mal externe Fachleute die Anlage  für Untersuchungen genutzt.

Mit dem Umbau soll die SLS nun auf den neuesten Stand zu gebracht werden. So soll die Dichte der Röntgenstrahlung mit dem Upgrade stark erhöht  werden: Das Röntgenlicht werde noch heller und sein Strahlverlauf werde  auf einen noch kleineren Durchmesser gebündelt, teilt das PSI mit. Entsprechend werden an der SLS zukünftig mehr Proben in derselben Zeit untersucht werden können oder vielmehr werden in derselben Zeit mehr wissenschaftliche Daten produziert. In vielen Fällen steigt dabei die Quantität um den Faktor 40. Zusätzlich wird man grössere Bereiche einer Probe abbilden können. In anderen Experimenten wird die Auflösung der Bilder erhöht, sodass sich künftig beispielsweise im Nanobereich noch kleinere Strukturen als bislang untersuchen lassen.

Forschung an Systemen für die Energiewende

Das Umbauprojekt betrifft vor allem den 288 Meter langen Elektronenspeicherring: Er erhält eine neue Vakuumröhre sowie rund eintausend neue, komplexe Magnete, die die Elektronen hochpräzise auf einer dann verbesserten Kreisbahn halten. Im Betrieb senden die auf knapp Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Elektronen besonderes Röntgenlicht oder vielmehr Synchrotronstrahlung. Diese wird an rund zwanzig Strahllinien rund um den Ring für wissenschaftliche Untersuchungen verwendet.

Im Zuge der Arbeiten werden zudem mehrere neue Strahllinien aufgebaut, darunter die zukünftige sogenannte Debye-Beamline. An dieser sollen Materialien und Systeme, die zur Energiewende beitragen können, hochgenau und unter realistischen Betriebsbedingungen untersucht werden können. Zum Beispiel Katalysatoren und Batterien.

Andere Experimentierplätze der SLS sind ideal geeignet, um die elektronischen oder magnetischen Eigenschaften von Materialien zu untersuchen, die für die nächste Generation elektronischer Geräte nützlich sein können, oder um zerstörungsfrei 3-D-Aufnahmen mit einer Auflösung von wenigen Nanometern zu machen. An wieder anderen Strahllinien werden Proteine erforscht, die Bausteine des Lebens, deren genaue Kenntnis dabei hilft, neue medizinische Wirkstoffe zu entwickeln.

«Die SLS ist nicht nur von aussen gut sichtbar, sondern auch eine wissenschaftlich extrem erfolgreiche Anlage des PSI, die jetzt komplett neu aufgebaut wird», sagt Hans Braun, Leiter des Upgradeprojekts «SLS 2.0». Das Porjekt sei nicht nur technisch sehr anspruchsvoll und komplex, sondern steht auch unter grossem Zeitdruck: «Während der jetzigen zentralen Phase der Umbauten muss die Forschung an der Anlage stillstehen. Entsprechend haben wir in der Planung alles dafür getan, diese Zeit so kurz wie möglich zu halten.»

Erste Experimente am SLS im August 2025

Der Forschungsbetrieb an den Strahllinien ist  bereits letzten Montag eingestellt worden. Die Elektronenbeschleunigeranlage und der zugehörige Elektronenspeicherring liefen zu Testzwecken noch einige Tage länger. Mit dem Abschalten des Elektronenbeschleunigers geht die SLS nun in die sogenannte «Dark Time», die 15 Monate dauert: Im Januar 2025 wird die Elektronenbeschleunigeranlage wieder hochgefahren. Ab dann werden auch die Strahllinien stufenweise wieder ihren Betrieb aufnehmen. Erste wissenschaftliche Experimente sind für August 2025 geplant. 2026 soll der Wissenschaftsbetrieb wieder vollständig hergestellt sein.

Während die Anlage auf den neusten Stand gebracht wird, arbeitet man am PSI a weiter. Man werde die «Dark Time» intensiv nutzen, um die Experimentierstationen technisch optimal an die zukünftigen Parameter der SLS anzupassen, so so Christian Rüegg, Direktor des PSI. - Die Wissenschaft macht keine Pause. (mgt/mai)