mini |Logo des Forschungszentrums Rossendorf von 1992 bis 2002 mini |Logo des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf von 2006 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,Forschungsbereich Energie in der Helmholtz-Gemeinschaft GesundheitForschungsbereich Gesundheit in der Helmholtz-Gemeinschaft und Materie.Forschungsbereich Materie in der Helmholtz-Gemeinschaft Das HZDR wurde als Forschungszentrum Rossendorf im Jahr 1992 gegründet.Die Geschichte des Forschungsstandortes Dresden-Rossendorf Der Campus Rossendorf hat eine Gesamtfläche von 186 Hektar. Er befindet sich am Standort des 1956 gegründeten Zentralinstituts für Kernphysik (später: Zentralinstitut für Kernforschung) der DDR.
Forschung Das HZDR forscht grundlagen- und anwendungsorientiert in den Bereichen Energie, Gesundheit und Materie.
mini|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. Außerdem tragen sie mit ihren Arbeiten auf dem Gebiet der Flüssigmetallbatterien zu neuen Speichertechnologien bei.
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. Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung liegt beim 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 spezifischen neuroonkologischen Fragestellungen. Sie entwickeln dafür Radiotracer, die die Blut-Hirnschranke überwinden können, um zur Verbesserung von Diagnostik und Therapie von Gehirntumoren beizutragen.
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).
mini|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.
Standorte 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 im Wissenschaftspark Leipzig. In Görlitz befindet sich zudem das HZDR-Institut CASUS – Center for Advanced Systems Understanding, das gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig, dem Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden, der Technischen Universität Dresden und der Universität Breslau initiiert und aufgebaut wurde.
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).
Forschungsanlagen mini|Hauptbeschleuniger der Strahlungsquelle ELBE mini|Thermohydraulische Versuchsanlage TOPFLOW mini|Komponenten des Hochleistungslaser – Ti:Saphir Laser DRACO mini|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. ELBE ELBE ist ein Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen und die größte Forschungsanlage am HZDR. Namensgeber ist der Elektronenbeschleuniger ELBE.
Elektronenbeschleuniger ELBE meint einen Elektronenbeschleuniger mit hoher Brillanz und niedriger Emittanz. Er ist die Kernkomponente für die Gesamtanlage. Es handelt sich um einen Linearbeschleuniger unter anderem mit supraleitenden Hohlraumresonatoren vom TESLA-Typ.
Angeschlossen sind 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.
DRACO Der Hochleistungslaser DRACO, ein Titan:Saphir-Laser, erreicht mittels Chirped Pulse Amplification eine Leistung von 1 PW und wird zur Beschleunigung von Protonen und Elektronen auf hohe Energien mittels Laser-Plasma-Beschleunigung genutzt.
PEnELOPE Mit PEnELOPE befindet sich eine weitere Laseranlage mit Petawatt-Energien im Aufbau. Es handelt sich um eine mittels Diodenlasern gepumpte Kurzpuls-Laserquelle im Petawattbereich. 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.
Hochfeld-Magnetlabor Dresden Das Hochfeld-Magnetlabor Dresden liegt unmittelbar neben der ELBE, um kombinierte Experimente durchführen zu können. Hier erzeugt man besonders starke gepulste Magnetfelder. Der Materialforschung sollen hier Magnetfelder von bis zu 100 Tesla zur Verfügung gestellt werden.
Die ebenfalls am Ort entwickelten Spulen können für Sekundenbruchteile Felder von 95 Tesla erzeugen. Die Spulen werden mit flüssigem Stickstoff auf rund −200 °C abgekühlt und kurzzeitig von einem Strom von einigen zehntausend Ampere durchflossen. Hierfür wird eine Kondensatorenbank genutzt (Bild). Am Hochfeld-Magnetlabor Dresden werden auch die grundlegenden, quantenmechanischen Eigenschaften des Magnetismus untersucht sowie neue Bauteile wie etwa Hochtemperatursupraleiter entwickelt.
HIBEF Die Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF) wurde vom HZDR gemeinsam mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron am Europäischen Röntgenlaser European XFEL in Hamburg aufgebaut. HIBEF kombiniert die Röntgenstrahlung des European XFEL mit zwei Superlasern, einer leistungsstarken Magnetspule und einer Plattform für die Forschung mit Diamant-Stempelzellen. Auf diese Weise lässt sich das Verhalten von Materie unter dem Einfluss außergewöhnlich hoher Drücke, Temperaturen und Magnetfelder mit nie zuvor erreichter Genauigkeit untersuchen.entdeckt – Das Forschungsmagazin aus dem HZDR 1/2021: Extreme Zustände unterm Acker Ionenstrahlzentrum 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 die durchsichtigen, aber leitfähigen Oberflächen moderner Bildschirme. ROBL