Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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HZDR Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
HZDR Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Logo
Kategorie: Großforschungseinrichtung
Bestehen: Gründungsdatum: 1992
Mitgliedschaft: Helmholtz-Gemeinschaft
Standort der Einrichtung: Dresden
Grundfinanzierung: Budget: ca. 120 Mio. Euro (2015)
Leitung: Roland Sauerbrey (wissenschaftlich)
Peter Joehnk (kaufmännisch)
Mitarbeiter: ca. 1.100 (2015)
Homepage: hzdr.de

Koordinaten: 51° 3′ 49″ N, 13° 56′ 59″ O

Karte: Deutschland
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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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Deutschland
Empfangs- und Verwaltungsgebäude des HZDR
Logo des Forschungszentrums Rossendorf bis 2011

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ist ein naturwissenschaftliches Forschungszentrum im Dresdner Ortsteil Rossendorf und seit 1. Januar 2011 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Am HZDR wird in drei der sechs Forschungsbereiche der Helmholtz-Gemeinschaft geforscht: Energie[1], Gesundheit[2] und Materie[3]. Das HZDR wurde als Forschungszentrum Rossendorf im Jahr 1992 gegründet.[4] Das HZDR hat eine Gesamtfläche von 186 Hektar. Es befindet sich am Standort des 1956 gegründeten Zentralinstituts für Kernphysik (später: Zentralinstitut für Kernforschung) in Dresden-Rossendorf.

Forschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das HZDR forscht grundlagen- und anwendungsorientiert in den Bereichen Energie, Gesundheit und Materie.

Magnetwirbel-Antennen für drahtlose Datenübertragung

Forschungsbereich Energie

Die Wissenschaftler des HZDR suchen nach wirtschaftlichen und umweltschonenden Lösungen für die Energieversorgung der Zukunft. Sie arbeiten an neuen Technologien für Erkundung, Gewinnung, Nutzung und Recycling von strategisch wichtigen Metallen und mineralischen Rohstoffen. Dazu zählen etwa genaue Erkundungsverfahren für den Bergbau oder biotechnologische Verfahren für die Gewinnung und das Recycling von Metallen.

Die Forscher beschäftigen sich zudem mit energieintensiven Vorgängen in der Industrie wie etwa dem Stahlguss oder Prozessen in der chemischen Industrie, um sie effizienter zu machen. Weitere Schwerpunkte der Forschung liegen auf dem sicheren Betrieb von Kernreaktoren sowie dem Transportverhalten von radiotoxischen, langlebigen Radionukliden in möglichen nuklearen Endlagern.

Forschungsbereich Gesundheit

Das HZDR hat das Ziel, Fortschritte bei der Früherkennung, Diagnose und Therapie von Krebserkrankungen zu erreichen. Es arbeitet dabei eng mit Partnern aus der Hochschulmedizin zusammen. Die Krebsforschung am HZDR befasst sich mit mehreren Themenkomplexen: radioaktive Arzneimittel zur Diagnose und Therapie von Krebs, Entwicklung der Krebsimmuntherapie, Verfahren zur Bildgebung in der Onkologie sowie Teilchenbeschleunigung mit neuartigen Lasertechnologien für die Strahlentherapie mit Protonen. Mit dem Zentrum für Radiopharmazeutische Tumorforschung erhält das Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung einen eigenen Forschungsbau am Hauptstandort in Dresden, der im Jahr 2017 fertiggestellt werden soll. An der Forschungsstelle in Leipzig arbeiten HZDR-Forscher darüber hinaus an der Früherkennung von krebsbedingten kognitiven Defekten mit molekularen Sonden.

Auf dem Gelände des Universitätsklinikums Dresden forschen Wissenschaftler des HZDR-Instituts für Radioonkologie am Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie – OncoRay. Dort wird unter anderem eine Echtzeit-Überwachung der Protonentherapie entwickelt. Seit 2015 werden an der Universitäts Protonen Therapie Dresden (UPTD) bereits Patienten mit dieser neuen Bestrahlungsmethode behandelt. Das OncoRay-Zentrum wird getragen durch das Universitätsklinikum Dresden, die Medizinische Fakultät der TU Dresden und das HZDR. Es bildet mit dem Heidelberger Institut für Radioonkologie das „Nationale Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie“. Gemeinsam mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum bauen die drei OncoRay-Trägerinstitutionen den Partnerstandort Dresden des Nationalen Centrums für Tumorerkrankungen (NCT) auf. Die Dresdner Einrichtungen sind außerdem Partner im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung.

Ionenstrahl trifft auf eine Oberfläche

Forschungsbereich Materie

Am HZDR werden extreme Bedingungen hergestellt, um das Verhalten von Materialien unter außergewöhnlichen Umständen zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Forschung liefern wichtige Informationen, um Werkstoffe zu verbessern oder ganz neu zu entwickeln. Wissenschaftliche Großgeräte helfen beim Herstellen solcher extremen Bedingungen wie etwa sehr starken Magnetfeldern, besonders tiefen Temperaturen oder dem Beschuss mit Laser- oder Teilchenstrahlung.

Am HZDR erforschen die Wissenschaftler beispielsweise neuartige Supraleiter und Halbleiter-Materialien, die besonders effiziente Energiegewinnung und -übertragung ermöglichen oder eine neue Generation von Datenspeichern hervorbringen könnten. Außerdem entwickeln sie hochempfindliche Sensoren für Anwendungen in Medizin und Technologie. Neue Technologien zur Teilchenbeschleunigung sollen zudem die Erforschung der grundlegenden Eigenschaften aller Materie und des Universums effizienter und kostengünstiger machen. Hierfür werden unter anderem mit modernen Hochleistungs-Lasern neue Methoden erprobt, Teilchen auf höchste Energien zu beschleunigen.

Forschungsanlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptbeschleuniger der Strahlungsquelle ELBE
Thermohydraulische Versuchsanlage TOPFLOW
Hochleistungslaser – Ti:Saphir Laser DRACO

Neben den HZDR-Wissenschaftlern nutzen auch Forscher anderer Einrichtungen die Messzeiten der Rossendorfer Großforschungsanlagen für ihre Projekte, darunter Universitäten, Partnerzentren in der Helmholtz-Gemeinschaft sowie internationale Gäste.

Die ELBE ist ein Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen und die größte Forschungsanlage am HZDR. Sie umfasst einen supraleitenden Elektronenbeschleuniger mit hoher Brillanz und niedriger Emittanz (ELBE) sowie zwei Freie-Elektronen-Laser (FEL) für das mittlere und ferne Infrarot (Wellenlänge 5–40 µm bzw. 18–250 µm) in der Anlage (FEL an ELBE, kurz FELBE). Der ELBE-Elektronenstrahl kann darüber hinaus in verschiedene Arten von Sekundärstrahlen umgewandelt werden. Hierzu zählen unter anderem Bremsstrahlung, Terahertzstrahlung, hochbrillante Röntgenstrahlung, Positronen, Neutronen sowie Elektronen. Zum Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen gehört zudem der Hochleistungslaser DRACO. Dieser Titan:Saphir-Laser erreicht mittels Chirped Pulse Amplification eine Leistung von 1 PW (Stand: Mai 2017) und wird zur Beschleunigung von Protonen und Elektronen auf hohe Energien mittels Laser-Plasma-Beschleunigung genutzt. Mit PENELOPE befindet sich eine weitere Laseranlage mit Petawatt-Energien im Aufbau. Sie soll insbesondere die lasergestützte Beschleunigung von Protonen für medizinische Anwendungen ermöglichen. Ziel ist es letztlich, die heute erforderlichen großen Teilchenbeschleuniger für die Protonenstrahl-Krebstherapie durch deutlich kompaktere Anlagen zu ersetzen.

Das Hochfeld-Magnetlabor Dresden erzeugt besonders starke gepulste Magnetfelder. Der Materialforschung werden hier Magnetfelder von bis zu 100 Tesla zur Verfügung gestellt: mehr als das Sechzigfache der Feldstärke eines Magnetresonanztomographen. Die leistungsstärksten Magnete können für Sekundenbruchteile Felder von 95 Tesla (Stand: Mai 2017) erzeugen. Hierfür werden eigens konstruierte Spulen mit flüssigem Stickstoff auf rund –200 °C abgekühlt und kurzzeitig von einigen zehntausend Ampere starken Strömen durchflossen. Am Hochfeld-Magnetlabor Dresden werden die grundlegenden, quantenmechanischen Eigenschaften des Magnetismus untersucht, aber auch neue Bauteile wie etwa Hochtemperatursupraleiter entwickelt.

Die Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF) wird derzeit vom HZDR gemeinsam mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron am Europäischen Röntgenlaser European XFEL in Hamburg aufgebaut. Hier werden die im Hochfeld-Magnetlabor entwickelten Magneten zusammen mit den bildgebenden Lichtblitzen des European XFEL genutzt, um mit nie zuvor erreichter Genauigkeit das Verhalten von Materie unter dem Einfluss sehr großer Magnetfelder untersuchen zu können. Zusammen mit der Möglichkeit, außergewöhnlich hohe Temperaturen und Drücke zu erzeugen, entsteht so ein einzigartiger Messplatz für die Erforschung von Materie unter extremen Bedingungen.

Das Ionenstrahlzentrum bietet die Möglichkeit, Proben gezielt mit geladenen Atomen verschiedener leichter und schwerer chemischer Elemente zu beschießen. Verschiedene Anlagen können die Projektile auf unterschiedlich hohe Energien beschleunigen, wodurch ihre Wirkung auf die Probe gesteuert werden kann. Je nach Element und Energie eignen sich diese Ionenstrahlen zur Untersuchung oder der gezielten Veränderung von Proben. Genutzt werden diese Anlagen vor allem für die Entwicklung kleinster elektronischer Bauelemente, geschichteter Halbleitersysteme wie etwa in Solarzellen oder optischer Materialien wie etwa die durchsichtigen, aber leitfähigen Oberflächen moderner Bildschirme.

Die Rossendorf Beamline ROBL an der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble (Frankreich) ermöglicht radiochemische Forschung durch extrem brillantes Licht.

Im PET-Zentrum, das vom HZDR zusammen mit dem Universitätsklinikum Dresden und der TU Dresden betriebenen wird, werden bildgebende Verfahren für die Diagnose sowie neue therapeutische Ansätze zur Therapie von Krebs entwickelt und erforscht. HZDR, Uniklinikum und TU Dresden betreiben außerdem gemeinsam das „National Center for Radiation Research in Oncology – OncoRay“.

Die thermohydraulische Versuchsanlage TOPFLOW (Transient Two Phase Flow Test Facility) ermöglicht die Untersuchung von komplexen Strömungsphänomenen unter realitätsnahen Bedingungen, wie sie in Kernreaktoren sowie in der Chemie- und Verfahrenstechnik vorkommen.

Mit DRESDYN entsteht eine europäische Plattform für Dynamoexperimente und thermohydraulische Studien mit flüssigem Natrium. So soll der erste Präzessions-Dynamo weltweit aufgebaut werden, mit dem etwa die Entstehung des Erdmagnetfeldes viel realistischer simuliert werden kann als mit den bisherigen propellergetriebenen Dynamo-Experimenten. Außerdem sollen die Experimente detaillierte Einblicke in Metallschmelzen erlauben, um neue Flüssigmetallbatterien zur Energiespeicherung zu entwickeln oder die Sicherheit von flüssigmetallgekühlten Kernreaktoren der nächsten Generation zu erforschen.[5]

Personal und Etat[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf beschäftigt etwa 1.100 Mitarbeiter, davon 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.[6] Die Grundfinanzierung wird zu 90 Prozent durch den Bund und zu 10 Prozent durch den Freistaat Sachsen bereitgestellt. Das Gesamtbudget betrug 2015 ca. 120 Mio. Euro inklusive Investitionen, davon etwa 23 Mio. Euro Drittmittel.[7].

Technologietransfer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Transfer von Wissen und Forschungsergebnissen in Gesellschaft und Wirtschaft wird am HZDR durch Auftragsforschung, Lizenzierungen und die gemeinschaftliche Nutzung der Geräte und Anlagen mit Kooperationspartnern realisiert. Die 2011 gegründete Firma HZDR Innovation GmbH nutzt Infrastruktur und Expertise am HZDR für Produktions- und Serviceleistungen auf dem Gebiet der Ionenimplantation.[8] Mit dieser Technik werden Fremdatome in Werkstoffoberflächen eingebracht. Durch diese sogenannte Dotierung kann das Verhalten von Halbleitermaterialien gezielt verändert werden. Sie wird auch angewendet, um maßgeschneiderte Oberflächeneigenschaften wie die Oxidationsbeständigkeit von Leichtbauwerkstoffen für die Luftfahrt, Automobilindustrie und Energietechnik zu erzeugen oder die Bioverträglichkeit von medizinischen Implantaten zu verbessern.

Weitere Ausgründungen des HZDR sind beispielsweise die Biconex GmbH, die ein umweltverträgliches Beschichtungsverfahren zur Veredelung von Kunststoffoberflächen anbietet, die i3 Membrane GmbH, die Membranen für medizinische und technische Anwendungen entwickelt, sowie die Saxray GmbH, die Röntgenanalysen für Materialien aller Art bereitstellt.

Nachwuchsförderung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das HZDR beschäftigt rund 150 Doktorandinnen und Doktoranden, die in Kooperation mit Universitäten – insbesondere der TU Dresden – promovieren.[9] Vier Nachwuchsgruppen des HZDR (Stand: Mai 2017) forschen zu folgenden Themengebieten[10]:

  • Laser-Elektronen-Beschleunigung
  • Laser-Ionen-Beschleunigung
  • Mikroorganismen im Salzgestein nuklearer Endlager
  • Messtechnik in Flüssigmetallen

Drei weitere Nachwuchsgruppen werden als Helmholtz-Nachwuchsgruppen besonders gefördert:[11]

  • Dynamic Warm Dense Matter Research with HIBEF
  • Spin-torque Devices for Information-Communication Technology
  • Strukturen und Reaktionen an der Wasser-/Mineralgrenzfläche

Zudem gibt es eine DFG-geförderte Nachwuchsgruppe im Emmy Noether-Programm:

  • Spinwellen als Brücke zwischen Spintronik und Photonik

Das HZDR betreibt weiterhin das Helmholtz-Kolleg NANONET[12], ein strukturiertes Promotionsprogramm in der Molekularelektronik, und veranstaltet ein internationales Sommerstudentenprogramm[13].

Für den Betrieb der Forschungsanlagen, für die Labore und die Verwaltung bildet das HZDR ständig rund 40 junge Menschen in 13 Ausbildungsberufen aus[14]. Für Schülerinnen und Schülern ab der fünften Klasse bietet das Schülerlabor DeltaX Experimentiertage und Ferienkurse.[15] Regelmäßige Lehrerfortbildungen ergänzen diese Angebote.

Für die allgemeine Öffentlichkeit organisiert das HZDR alle zwei Jahre einen Tag des offenen Labors und beteiligt sich jeden Sommer an der Langen Nacht der Wissenschaften aller Forschungseinrichtungen in Dresden.[16] Das HZDR ist ebenfalls bei den Wissenschaftsnächten in Freiberg und Leipzig vertreten.

Institute des HZDR[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der wissenschaftliche Geschäftsbereich des HZDR gliedert sich in acht Institute und zwei Zentralabteilungen:[17]

Zwei Zentralabteilungen unterstützen den Forschungsbetrieb aller Institute:

  • Zentralabteilung Forschungstechnik, für die Entwicklung und den Aufbau von Forschungsanlagen und Experimenten
  • Zentralabtei­lung Informations­dienste und Computing, für die Informatik-Infrastruktur aller HZDR-Standorte

Liste in Rossendorf wirkender Forscher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Wolf Häfele war von 1992 bis 1996 Wissenschaftlicher Direktor des Forschungszentrums Rossendorf.
  • Frank Pobell war von 1996 bis 2003 Wissenschaftlicher Direktor und Sprecher des Vorstandes am Forschungszentrum Rossendorf und leitete von 2002 bis 2004 den Aufbau des Hochfeld-Magnetlabors Dresden.
  • Bernd Johannsen war von 2003 bis 2006 Wissenschaftlicher Direktor des Forschungszentrums Rossendorf.
  • Roland Sauerbrey ist seit 2006 Wissenschaftlicher Direktor des heutigen Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf.
  • Heinz Barwich, deutscher Kernphysiker, erster Direktor des ZfK Rossendorf.
  • Helmuth Faulstich, deutscher Elektrotechniker und Elektroniker, ab 1961 amtierender Direktor, von 1965 bis 1970 Direktor des ZfK Rossendorf.
  • Günter Flach, deutscher Physiker, von 1970 bis 1990 Direktor des ZfK Rossendorf.
  • Klaus Fuchs, deutsch-britischer Kernphysiker, von 1959 bis 1974 stellvertretender Direktor des ZfK Rossendorf.
  • Josef Schintlmeister, österreichischer Kernphysiker, Direktor am ZfK Rossendorf.
  • Kurt Schwabe, deutscher Chemiker, von 1959 bis 1969 Direktor des „Institut für Radiochemie“ im ZfK Rossendorf.
  • Rudolf Münze
  • Klaus Hennig
  • Frank-Peter Weiß
  • Siegfried Niese

Standorte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das HZDR hat seinen Hauptstandort in Dresden und betreibt darüber hinaus in Sachsen das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie gemeinsam mit der TU Bergakademie Freiberg sowie eine Forschungsstelle für radiopharmazeutische und georadiochemische Forschung in Leipzig.

In Hamburg baut das HZDR derzeit gemeinsam mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron die Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF) am Europäischen Röntgenlaser European XFEL auf. Darüber hinaus betreibt das HZDR ein Strahlrohr mit einem radiochemischen Messplatz an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble (Frankreich).

Geschichte des Forschungsstandorts Rossendorf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einweihung des Rossendorfer Forschungsreaktors im Jahre 1957

1956 wurde das Zentralinstitut für Kernphysik in Rossendorf gegründet, das wenig später als Zentralinstitut für Kernforschung (ZfK) in die Akademie der Wissenschaften der DDR eingegliedert wurde. Der am Manhattan-Projekt beteiligte deutsch-britische Kernphysiker Klaus Fuchs war bis 1974 stellvertretender Direktor des ZfK.[19] Nach der Wiedervereinigung wurde unter Leitung von Wolf Häfele das Forschungszentrum Rossendorf (FZR) neugegründet und verlagerte die Forschungsschwerpunkte auf Lebenswissenschaften und Materialforschung. Im Jahr 2006 erfolgte die Umbenennung in Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, um die namentliche Verbindung zum Forschungsstandort Dresden zu betonen.

2011 fand der Wechsel des Forschungszentrums aus der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz in die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren statt. Seitdem trägt es den Namen Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.[20]

Am ehemaligen Zentralinstitut für Kernforschung (ZfK) der DDR waren in Rossendorf verschiedene Forschungsreaktoren in Betrieb. Sie wurden auf dem heutigen Gelände des Forschungsstandortes betrieben und schrittweise nach 1989 außer Betrieb genommen. Für Stilllegung und Rückbau wurde der neu gegründete VKTA - Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung e. V. (VKTA) vom Freistaat Sachsen beauftragt.

Der Rossendorfer Forschungsreaktor (RFR) hatte eine Nennleistung von 10 Megawatt und war von 1957 bis 1991 in Betrieb. Dieser Forschungsreaktor wurde hauptsächlich als Neutronenquelle für die Herstellung von Radioisotopen, für die Dotierung von Silizium, für Aktivierungsanalysen sowie für die Materialforschung eingesetzt.

Die Rossendorfer Anordnung für kritische Experimente (RAKE) hatte nur eine geringe Leistung von 10 Watt und war von 1969 bis 1991 in Betrieb. Sie diente reaktorphysikalischen Experimenten und zur Ausbildung. Bis 1998 wurde diese Reaktoranlage vollständig abgebaut.

Der Rossendorfer Ringzonenreaktor (RRR) war der erste Reaktor, der in der DDR eigenständig entwickelt wurde. Er wurde zwischen 1962 und 1991 als Forschungsreaktor betrieben und hatte eine Leistung von 1000 Watt. Der Reaktor wurde in der reaktorphysikalischen Grundlagenforschung eingesetzt.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Forschungsbereich Energie in der Helmholtz-Gemeinschaft
  2. Forschungsbereich Gesundheit in der Helmholtz-Gemeinschaft
  3. Forschungsbereich „Struktur der Materie“ in der Helmholtz-Gemeinschaft
  4. Die Geschichte des Forschungsstandortes Dresden-Rossendorf
  5. HZDR 2015: Zukunftsprojekte: Forschen für die Welt von morgen
  6. Daten und Fakten zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf: Stand: 2015
  7. Online-Jahresbericht 2015 – Das HZDR in Zahlen: Stand: 2015
  8. Pressemitteilung vom 17. November 2011: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf begleitet Energiewende mit Tochterfirma für Technologietransfer und Produktionsaufgaben
  9. HZDR: Doktorandenausbildung
  10. HZDR: Nachwuchsgruppen
  11. Helmholtz-Gemeinschaft: Helmholtz-Nachwuchsgruppen
  12. Helmholtz-Kolleg NANONET
  13. Sommerstudentenprogramm
  14. Berufsausbildung
  15. Schülerlabor DeltaX
  16. Dresdner Lange Nacht der Wissenschaften – www.dresden-wissenschaft.de
  17. HZDR: Die Institute am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
  18. Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszenten: Helmholtz-Institut Freiberg
  19. 50 Jahre Forschung in Rossendorf, Zentralinstitut für Kernphysik
  20. Pressemitteilung vom 22. Juni 2009: Per Unterschrift besiegelt – das FZD wechselt zur Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. FZD. 22. Juni 2009. Abgerufen am 22. Juni 2009.