Eye catcher

Zukunftsprojekte: Forschen für die Welt von morgen

Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft betreibt das HZDR große Forschungsanlagen, die Messgäste aus dem In- und Ausland nach Dresden ziehen. Ein Teil der wissenschaftlichen Großgeräte ermöglicht dabei neue Einsichten in das Verhalten von Materie unter extremen Bedingungen, also unter außergewöhnlich hohen Temperaturen, Drücken und elektromagnetischen Feldern sowie intensiver Strahlung. Dieses Kernthema verbindet die materialwissenschaftliche Forschung im Haus mit den Schwerpunkten in der Krebsforschung und Energieforschung und erlaubt forschungsübergreifende Erkenntnisse, die zur Lösung von wissenschaftlich und gesellschaftlich wichtigen Fragen beitragen.


Im Aufbau


DRESDYN

Foto: Baustelle des DRESDYN-Präzessionsexperiments ©Copyright: HZDR/ André Wirsig

Ziel des Projektes DRESDYN ist es, eine europäische Plattform für Dynamoexperimente und thermohydraulische Studien mit flüssigem Natrium zu schaffen. So soll in den nächsten Jahren der erste Präzessions-Dynamo weltweit gebaut werden, mit dem etwa die Entstehung kosmischer Magnetfelder viel realistischer simuliert werden kann als mit den bisherigen propellergetriebenen Dynamo-Experimenten. Außerdem werden die Experimente detaillierte Einblicke in Metallschmelzen erlauben, um neue Flüssigmetall-Batterien zur Energiespeicherung zu entwickeln oder den Einsatz von Flüssigmetallen in Hochtemperaturprozessen wie etwa in Solarkraftwerken zu erforschen.

Link zum Artikel "Geodynamo, Sternentstehung..." im Magazin "entdeckt" 02/2016

Ansprechpartner: Dr. Gunter Gerbeth


HIBEF – Helmholtz International Beamline for Extreme Fields

Foto: HIBEF Animation

Unter Koordination des HZDR ist am Röntgenlaser European XFEL in Hamburg eine neuartige Experimentierstation entstanden: die Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF). Die Station für Experimente bei hohen Energiedichten („High-Energy Density Science Instrument“, HED) wird durch HIBEF mit wesentlicher Instrumentierung ausgestattet. Durch die Koppelung von Laserlicht mit Röntgenstrahlung und hohen Magnetfeldern werden Experimente unter extremen Bedingungen möglich, was tiefere Einblicke in die Struktur von Materialien und in sehr schnelle natürliche Prozesse erlaubt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse lassen sich beispielsweise zur Verbesserung von Modellen der Planetenentstehung nutzen und bieten eine Grundlage für Innovationen in der Material- und Beschleunigerforschung. HIBEF zählt zu den „Helmholtz International Beamlines“ (HIB), die insgesamt mit knapp 30 Millionen Euro gefördert werden.

Link zum Artikel XXL – Forschen im Extremlabor aus „entdeckt“ 1/2021

Ansprechpartner: PD Dr. Toma Toncian


CASUS – Center for Advanced Systems Understanding

 (Foto: HZDR)

Das neue Forschungsinstitut CASUS soll die Entwicklung neuer, flexibel nutzbarer Software-Werkzeuge vorantreiben. Damit können sich komplexe Systeme realitätsgetreuer als bislang simulieren lassen, wodurch verlässlichere Vorhersagen möglich werden. CASUS wird als Institut des HZDR gemeinsam mit den Partnern Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig, Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, Technische Universität Dresden und Universität Wrocław ausgestaltet.

Ansprechpartner: Dr. Michael Bussmann


ELBE – Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen

 Der Petawatt-Laser PENELOPE am HZDR (Foto: F. Bierstedt)

Durch den Ausbau der Strahlungsquelle ELBE entstand in den Jahren 2009 bis 2014 ein Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen, das eine schmal- und eine breitbandige Terahertzquelle sowie Experimente zur Kopplung des Hochleistungslasers DRACO mit dem ELBE-Elektronenstrahl beherbergt. Dort wird derzeit noch ein Lasersystem im Petawatt-Leistungsbereich namens PENELOPE aufgebaut.

Ansprechpartner: Prof. Thomas Cowan, Prof. Ulrich Schramm, Prof. Peter Michel


Auf der Helmholtz-Roadmap 2021


DALI – Dresden Advanced Light Infrastructure

Futuristisches Material: Graphen ©Copyright: Juniks/HZDR

DALI soll eine Hochfeld-Strahlungsquelle für Terahertzstrahlung mit einem Freie-Elektronen-Laser für Wellenlängen im Vakuum-Ultraviolett (VUV) koppeln. Durch diese weltweit einzigartige Kombination wird die Anlage die Voraussetzungen für eine thematisch äußerst vielfältige, exzellente Spitzenforschung schaffen. Die intensive Terahertz-Strahlungsquelle würde es Forscher*innen ermöglichen, funktionell relevante elektronische Zustände in Festkörpern gezielt zu beeinflussen, insbesondere in Nanostrukturen und Hochtemperatur-Supraleitern. Die intensive VUV-Strahlungsquelle wiederum verspricht ein besseres mikroskopisches Verständnis chemischer Reaktionen. Neben den Photonenquellen würde DALI den Wissenschaftler*innen mit einer zusätzlichen Quelle für intensive Positronen-Strahlung zudem ein Werkzeug liefern, das ihnen die dynamische Untersuchung von Fehlstellen in kristallinen Festkörpern und poröser Materialien im Nanometerbereich erlaubt.

Ansprechpartner: Prof. Manfred Helm


FlexiPlant – Pilotanlage zur adaptiven Aufbereitung komplexer Rohstoffe

Foto: FlexiPlant Illustration 2 ©Copyright: HZDR/Sander Münster

Eine der gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit ist der nachhaltige Umgang mit unseren Ressourcen. Mit dem Konzept der Kreislaufwirtschaft, bei dem Produkte, Materialien und Komponenten innerhalb eines Kreislaufs wiedergenutzt und recycelt werden und somit kaum Abfälle entstehen, soll diese Herausforderung bewältigt werden. Um Rohstoffe aller Art (z.B. Seltene Erden) energieeffizient und funktionserhaltend zurückzugewinnen, ist es notwendig, eine neue Generation adaptiver, flexibler und digitalisierter Aufbereitungstechnologien zu entwickeln. Mit der weltweit einmaligen Forschungsinfrastruktur FlexiPlant sollen wissenschaftliche Modelle, Methoden und Technologien zur mechanischen Aufbereitung von Rohstoffströmen im Pilotmaßstab entwickelt und erprobt werden. Die Digitalisierung und Automatisierung der Aufbereitungsprozesse bilden dabei die Voraussetzungen für die Überführung der Abläufe in den Industriemaßstab. Als offene Transferplattform soll FlexiPlant eine Vielfalt an Forschungs- und Kooperationsmöglichkeiten für interessierte Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft eröffnen.

Ansprechpartner: Prof. Karl Gerald van den Boogart


CeRI2 – Center for Resource Process Intensification and Interface Studies

Foto: CERI_2 Illustration 1 ©Copyright: HZDR

In der Hightech-Strategie der Bundesregierung wie auch in der Rohstoffinitiative der EU spielt die ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft eine herausragende Rolle. Eine möglichst energieeffiziente Versorgung mit metallhaltigen und mineralischen Rohstoffen ist hierfür ein Schlüsselelement. Sich dafür besonders empfehlende Technologien nutzen für die Wertstoffgewinnung oft turbulente Mehrphasenströmungen. Zentrale Prozesse in solchen Strömungen wie das Anhaften von Wertstoff-Partikeln an Blasen sind nach wie vor weitgehend unverstanden. Hier setzt CeRI2 an. Innerhalb des Vorhabens sollen die für die Wertstoffgewinnung relevanten Längenskalen von Mehrphasenströmungen untersucht werden. Außerdem ist die Entwicklung dafür nötiger Messtechnik sowie von Werkzeugen für die Intensivierung von Prozessen geplant. Für die Verfahrensoptimierung sollen verstärkt Methoden der Künstlichen Intelligenz einbezogen werden.

Ansprechpartnerin: Prof. Kerstin Eckert


ZRS – Zentrum für Radioökologie und Strahlenforschung

Foto: ZRS Illustration 1 ©Copyright: HZDR | iStock.com/leskas

Die Auswirkungen von Radionukliden auf die Umwelt werden bisher überwiegend mit statistischen Methoden untersucht. Das Zentrum für Radioökologie und Strahlenforschung (ZRS) soll das Thema dagegen über naturwissenschaftliche Grundlagenforschung erschließen und Prozesse auf molekularer und zellulärer Ebene aufklären. Die geplante Forschung umfasst sowohl die Auswirkung von Strahlung auf den Menschen als auch die Umweltfolgen durch Radionuklide, die beispielsweise durch Geothermie-Anwendungen oder Unfälle freigesetzt werden.

Ansprechpartner: Prof. Thorsten Stumpf


PT2030 – Protonentherapie der nächsten Generation: online-adaptiv

Foto: PT2030 scheme ©Copyright: Dr. Christian Richter

Auf dem Weg zur technologisch bestmöglichen Strahlentherapie hat PT2030 die Entwicklung einer in Echtzeit anpassungsfähigen Protonentherapie zum Ziel. Das soll durch einen geschlossenen, vollautomatischen und von künstlicher Intelligenz unterstützten Rückkopplungskreis aus Bildgebung, Bestrahlungsverifikation und Adaption in Echtzeit erreicht werden. Perspektivisch kann so der klinische Vorteil der Protonentherapie an die Grenzen des physikalisch Möglichen herangebracht werden. Dadurch können die Überlebenschancen der Patient*innen verbessert sowie Nebenwirkungen reduziert werden. Gleichzeitig soll die Anzahl der mit Protonentherapie behandelbaren Tumorregionen erweitert werden. Dafür wird eine weltweit einzigartige Forschung-Klinik-Hybrid-Protonenanlage konzipiert. An ihr sollen neuartige Software- und Hardware-Komponenten und deren Interaktion im Zusammenspiel getestet, weiterentwickelt und für den klinischen Einsatz befähigt werden. Enge Kooperationspartner werden bei diesem Vorhaben die Universitätsmedizin Dresden, die Medizintechnik-Industrie und das Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) sein.

Ansprechpartner: Prof. Christian Richter


ACDC – ACcelerator-Driven multipurpose ion beam Complex

Foto: ACDC-Schema 2 ©Copyright: Wallner/Steglich/HZDR

Mit ACDC wird in Deutschland eine neuartige Beschleunigerplattform entstehen, die insbesondere Anwendungen in der Umweltforschung, Geologie sowie der Astrophysik eröffnet, die mit den bisher in Europa verfügbaren Anlagen so nicht möglich sind. Im Zentrum steht ein neues Konzept für die Hochenergie-Beschleuniger­massen­spektrometrie, die aktuelle Fragestellungen im Bereich des Klimawandels und des Umweltschutzes adressieren wird. Zusätzlich wird das Forschungsportfolio am HZDR um den Bereich Strahlenbiologie ergänzt. Die Kombination mit einer Ionennachbeschleunigung wird neue Forschungsgebiete in der interdisziplinären Beschleunigermassenspektrometrie sowie in der Weltraumforschung erschließen.

Ansprechpartner: Prof. Anton Wallner, Prof. Jürgen Faßbender