Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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 (ZRT), das im Jahr 2018 in Betrieb genommen wurde, verfügt das Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung über einen eigenen Neubau zur chemischen und biologischen Forschung sowie zur Herstellung von radioaktiven Arzneimitteln am Standort in Dresden. An der Forschungsstelle in Leipzig arbeiten HZDR-Forscher darüber hinaus an der Früherkennung krebsbedingter kognitiver Defekte mit Hilfe von Tracermolekülen.

Ein weiterer Fokus liegt in der Entwicklung der physikalischen Präzisionsstrahlentherapie der nächsten Generation und Förderung der personalisierten Strahlentherapie in der Onkologie. Die personalisierte Strahlentherapie wird mit dem Einsatz onkologisch relevanter radioaktiv markierter Substanzen wie Radiopharmaka und Radiotracern unter Verwendung molekularer nuklearmedizinisch-radiologischer Bildgebungsverfahren der Positronen-Emissions-Tomographie wie PET/CT und PET/MRT erweitert.

Auf dem Gelände des Universitätsklinikums Dresden forschen Wissenschaftler des HZDR-Instituts für Radioonkologie am Nationalen 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, dem Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden und der Medizinischen Fakultät der TU Dresden ist das HZDR zudem Träger des Nationalen Centrums für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC). Das NCT/UCC arbeitet intensiv an der modernen, personalisierten Krebsmedizin. Ziel ist es, die gesamte Behandlung optimal auf den einzelnen Patienten zuzuschneiden. Forschungsschwerpunkte des NCT/UCC liegen in den Bereichen hochpräzise Strahlentherapie, innovative Operationstechniken, modernste Krebsmedikamente und Immuntherapien, biologische Bildgebungsmethoden und molekulare Tumordiagnostik. Die Dresdner Einrichtungen sind außerdem Partner im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK).

Simulation eines Ionenstrahls, der auf eine Oberfläche trifft

Forschungsbereich Materie

Am HZDR können extreme Bedingungen erzeugt werden, 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.

Hauptbeschleuniger der Strahlungsquelle ELBE

Thermohydraulische Versuchsanlage TOPFLOW

Komponenten des Hochleistungslaser – Ti:Saphir Laser DRACO

Kondensatorenbank der Pulsstromquelle des Hochfeld-Magnetlabor Dresden

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.

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf beschäftigt etwa 1.400 Mitarbeiter, davon 500 Wissenschaftler inklusive 170 Doktoranden.[1] Die Grundfinanzierung wird zu 90 Prozent durch den Bund und zu 10 Prozent durch den Freistaat Sachsen bereitgestellt. Das Gesamtbudget betrug 2020 ca. 136 Mio. Euro inklusive Investitionen, davon etwa 24 Mio. Euro Drittmitteleinnahmen.[1]

Der Transfer von Wissen und Forschungsergebnissen in Gesellschaft und Wirtschaft wird am HZDR durch Publikationen, Vorträge, Weiterbildungen, Kooperationen mit Industriepartnern und Kliniken, Auftragsforschung, Lizenzvergaben und Ausgründungen verwirklicht. Zur Intensivierung der Verwertungsaktivitäten und zur besseren Nutzung der Forschungsanlagen wurde 2011 die HZDR Innovation GmbH gegründet.[13] Als Tochterunternehmen des HZDR setzt sie kommerzielle Produktions- und Serviceaufträge aus der Industrie unter Rückgriff auf Know-how und Infrastruktur des HZDR um. So nutzt die HZDR Innovation etwa im Auftrag von Industriekunden die Anlagen des Ionenstrahlzentrums zur Ionenimplantation. Die enge Zusammenarbeit gilt als beispielhaft für eine wirkungsvolle Nutzung wissenschaftlicher Großgeräte zur Innovation in der Wirtschaft. Bereits kommerzialisierte Produkte der HZDR Innovation sind unter anderem ein Gittersensor sowie Messinstrumente zur Analyse von Mehrphasenströmungen. 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. Im Forschungsgebiet der Radiopharmazeutischen Krebsforschung und –diagnostik kooperiert das HZDR außerdem eng mit der ROTOP Pharmaka GmbH, ebenfalls einer Ausgründung des HZDR.

Das HZDR beschäftigt rund 170 Doktoranden, die in Kooperation mit Universitäten – insbesondere der TU Dresden – promovieren.[14] Acht Nachwuchsgruppen des HZDR (Stand: Dezember 2021) forschen zu folgenden Themengebieten:[15]

• Physical chemistry of biomolecular condensates
• Bubbles go with the turbulent flows
• Terahertz-driven dynamics at surfaces and interfaces
• Artificial Intelligence for the Future Photon Science
• Advanced Modelling of Multiphase Flows
• Nano-Sicherheit
• BioKollekt
• Anwendungsorientierte Laser-Teilchenbeschleunigung

Eine weitere Nachwuchsgruppe wird durch die Helmholtz-Gemeinschaft besonders gefördert:[16]

• Ultrafast X-ray Methods for Laboratory Astrophysics

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

• Towards Fluid Dynamics of Foam and Froth

Eine weitere Gruppe erfährt Förderung durch den Europäischen Forschungsrat (ERC):

• TOP: Towards the Bottom of the Periodic Table

Das HZDR betreibt zudem das Helmholtz-Kolleg NANONET,[17] ein strukturiertes Promotionsprogramm in der Molekularelektronik, und veranstaltet ein internationales Sommerstudentenprogramm.[18]

Für den Betrieb der Forschungsanlagen, für die Labore und die Verwaltung bildet das HZDR ständig rund 40 junge Menschen in elf Ausbildungsberufen aus;[19] gleichzeitig ist das Forschungszentrum Praxispartner für vier verschiedene duale Studiengänge.[20] Für Schülerinnen und Schülern ab der fünften Klasse bietet das Schülerlabor DeltaX Experimentiertage und Ferienkurse.[21] 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.[22] Das HZDR ist ebenfalls bei den Wissenschaftsnächten in Freiberg und Leipzig vertreten.

Der wissenschaftliche Geschäftsbereich des HZDR gliedert sich in acht Institute:[23]

• Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
• Institut Hochfeld-Magnetlabor Dresden
• Institut für Fluiddynamik
• Institut für Strahlenphysik
• Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung
• Institut für Radioonkologie – OncoRay
• Institut für Ressourcenökologie
• Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, gemeinsam mit der TU Bergakademie Freiberg[24]

Darüber hinaus gibt es Forschungsabteilungen, die als eigenständige Einheiten konkrete Forschungsschwerpunkte abdecken: CASUS als ein Institut in Gründung sowie die Abteilung für Theoretische Physik.

Wissenschaftlich-technische Unterstützung erhalten alle Institute und Forschungsbereiche von zwei Zentralabteilungen:

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

Das HZDR setzt sich für die nationale und internationale Vernetzung seiner Forschungsgebiete ein.[25] Gemeinsam mit der TU Dresden und anderen Dresdener Forschungseinrichtungen ist es Mitglied im Wissenschaftsverbund DRESDEN-concept.[26]

Internationale Kooperationen:

• Europäischer Synchrotron ESFR
• European XFEL
• WHELMI-Labor (Weizmann-Helmholtz Laboratory for Laser Matter Interaction)
• LEAPS-Initiative (League of European Accelerator-based Photon Sources)
• ERF AISBL (Association of European-level Research Infrastructure Facilities)
• ELI (Extreme Light Infrastructure)
• EMFL (European Magnetic Field Laboratory)
• EIT RawMaterials
• INFACT (Innovative, Non-Invasive and Fully Acceptable Exploration Technologies)
• Universität Breslau
• ARIEL
• Monash University Melbourne
• Lightsources.org
• RADIATE
• FineFuture
• Helmholtz-SESAME Beamline (HESEB)

Regionale und nationale Kooperationen:

• DRESDEN-concept
• TU Dresden
• TU Bergakademie Freiberg
• TU Chemnitz
• Deutsche Arbeitsgemeinschaft für Endlagerforschung
• Kompetenzverbund Strahlenforschung
• Kompetenzverbund Ost für Kerntechnik
• Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden
• OncoRay – Nationales Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie
• NCT/UCC – Nationales Centrum für Tumorerkrankungen
• DKTK – Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung
• ROTOP Pharmaka GmbH
• Universität Rostock

• Heinz Barwich, deutscher Kernphysiker, von 1955 bis 1964 erster Direktor des ZfK Rossendorf, floh 1964 in den Westen.
• 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.
• 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 war von 2006 bis Ende März 2020 Wissenschaftlicher Direktor des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf.

• Klaus Fuchs, deutsch-britischer Kernphysiker, von 1959 bis 1974 stellvertretender Direktor des ZfK Rossendorf.
• Josef Schintlmeister, österreichischer Kernphysiker, Direktor am ZfK Rossendorf. Von 1956 bis 1971 Leiter des Bereichs Kernphysik im ZfK Rossendorf.
• Kurt Schwabe, deutscher Chemiker, Direktor am ZfK Rossendorf. Von 1959 bis 1969 Leiter des Bereichs Radiochemie im ZfK Rossendorf.
• Rudolf Münze, deutscher Chemiker, von 1969 an Leiter des Bereichs Radiochemie im ZfK Rossendorf, der in den 1970er Jahren in Bereich Kernchemie und den 1980er Jahren in Bereich Radioaktive Isotope umbenannt wurde.
• Klaus Hennig
• Frank-Peter Weiß
• Siegfried Niese

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 Görlitz befindet sich darüber hinaus die Forschungseinrichtung CASUS als Institut in Gründung.

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

Einweihung des Rossendorfer Forschungsreaktors im Jahre 1957

1956 wurde das Zentralinstitut für Kernphysik[27] in Rossendorf gegründet, das im Jahr 1963 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.[28] 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.[29]

Am ehemaligen Zentralinstitut für Kernforschung (ZfK) der DDR waren in Rossendorf verschiedene Forschungsreaktoren in Betrieb.[30] 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. Sein Rückbau wurde 2019 abgeschlossen.[31]

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.

Mit den Rossendorfer Klubabenden (ROK) und den Rossendorfer Ausstellungen von Werken bildender Künstler wurde das Zentralinstitut für Kernforschung Rossendorf etwa ab dem Jahr 1969 in Dresden und darüber hinaus bekannt.[32] Es gab Treffen von Schriftstellern, bildenden und darstellenden Künstlern, Musikern, Kunstwissenschaftlern und Historikern mit Naturwissenschaftlern, einen Erfahrungsaustausch von Menschen ganz unterschiedlicher Lebensauffassungen zu beiderseitigem Nutzen. Das kulturelle Klima in Rossendorf wurde als wohltuend empfunden, weil es sich deutlich von dem offiziell geregelten Kunst- und Kulturbetrieb der DDR abhob.[33][34] Es gehörte zu den Gepflogenheiten, dass aus den Ausstellungen Arbeiten angekauft wurden. Am Ende besaß das Zentralinstitut für Kernforschung Rossendorf mit mehr als 240 Werken die zweitgrößte Kunstsammlung aller wissenschaftlichen Institute in der DDR.[35] Diesen Kunstschatz übernahm 1992 der Kunstfonds des Freistaates Sachsen, der seit 2004 zu den Staatlichen Kunstsammlungen Dresden gehört.[36]

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