Forschungszentrum Jülich

Forschungszentrum Jülich GmbH
Logo seit 2018
Bestehen:	Gründungsdatum: 11. Dezember 1956
Standort der Einrichtung:	Jülich, Kreis Düren
Grundfinanzierung:	444 Mio. € (2020)[1] Drittmittel: 368 Mio. € Gesamt: 812 Mio. €
Leitung:	Wolfgang Marquardt
Mitarbeiter:	6.800 (2021)[2]
Anmerkung:	Rechtsform: GmbH (bis 1967: e.V.)
Homepage:	www.fz-juelich.de

50.9056.4119444444444Koordinaten: 50° 54′ 18″ N, 6° 24′ 43″ O

Forschungszentrum Jülich​

Haupteingang zum Forschungszentrum Jülich

Luftbild des Forschungszentrums

Das Forschungszentrum Jülich (abgekürzt FZJ) ist eine nationale Forschungseinrichtung zur interdisziplinären Forschung in den Bereichen Energie, Information und Bioökonomie. Sie betreibt Forschungsinfrastrukturen, insbesondere Supercomputer. Aktuelle Forschungsbeispiele sind der Strukturwandel im rheinischen Kohlerevier, Wasserstoff und Quantentechnologien.^[3] Mit rund 6.800 Beschäftigten (2021) in zehn Instituten und 80 Institutsbereichen gehört es als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren zu den größten Forschungseinrichtungen Europas.^[4]

Der Hauptsitz des Forschungszentrums liegt im Städtedreieck Aachen – Köln – Düsseldorf am Rande der nordrhein-westfälischen Stadt Jülich. Das FZJ betreibt 15 Außenstellen im In- und Ausland, dazu zählen acht Standorte an europäischen und internationalen Neutronen- und Synchrotronstrahlungsquelle, zwei gemeinsame Institute mit der Universität Münster und der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sowie dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und drei Außenstellen des Projektträgers in Bonn, Rostock und Berlin.^[2] Es besteht eine enge Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen in Form der Jülich-Aachen Research Alliance (JARA).^[5]

Die Einrichtung wurde am 11. Dezember 1956 vom Land Nordrhein-Westfalen als eingetragener Verein gegründet, bevor sie 1967 in „Kernforschungsanlage Jülich GmbH“ umbenannt wurde. Im Jahr 1990 wurde der Name in „Forschungszentrum Jülich GmbH“ geändert.

Geschichte

Am 11. Dezember 1956 beschloss der Landtag von Nordrhein-Westfalen den Bau einer „Atomforschungsanlage“. Die Gründung der „Gesellschaft zur Förderung der kernphysikalischen Forschung (GFKF)“ erfolgte als „eingetragener Verein“ (e. V.). Als Gründer gilt der Staatssekretär im Ministerium für Wirtschaft und Verkehr in Nordrhein-Westfalen, Leo Brandt.^[6] Aus mehreren möglichen Standorten wurde anschließend der Staatsforst Stetternich im damaligen Kreis Jülich ausgewählt. Die „Gesellschaft zur Förderung der kernphysikalischen Forschung“ (GFKF) wurde 1960 umbenannt in „Kernforschungsanlage Jülich des Landes Nordrhein-Westfalen e. V.“ (KFA). Sieben Jahre später erfolgte die Umwandlung in eine GmbH, die seit 1990 den Namen „Forschungszentrum Jülich GmbH“ trägt. Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland (90 %) und das Land Nordrhein-Westfalen (10 %).^[7]

MERLIN und DIDO

1958 wurde der Grundstein für die Forschungsreaktoren MERLIN (FRJ-1) und DIDO (FRJ-2) gelegt, die 1962 in Betrieb gingen. 1985 wurde der Forschungsreaktor FRJ-1 wieder abgeschaltet. In den Jahren 2000 bis 2008 wurde er vollständig zurückgebaut. Der Forschungsreaktor FRJ-2 war ein Reaktor der DIDO-Klasse und wurde für Neutronenstreuexperimente genutzt. Betrieben wurde er von der Zentralabteilung für Forschungsreaktoren (ZFR). Der FRJ-2 war bis zur Inbetriebnahme der Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching die stärkste deutsche Neutronenquelle und diente hauptsächlich der Durchführung von Streu- und Spektroskopie-Experimenten an kondensierter Materie. Er war vom 14. November 1962 bis zum 2. Mai 2006 in Betrieb. Mit der Gründung des Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) im Jahr 2006 bleibt das Forschungszentrum Jülich ein nationales Kompetenzzentrum für Neutronenstreuung. Sechs der wichtigsten Instrumente wurden vom FRJ-2 an den FRM II verlegt; weitere Instrumente dort neu aufgebaut.^[8]

AVR

Stillgelegter AVR-Hochtemperaturreaktor

1956 wurde eine Interessengemeinschaft zur Bauvorbereitung des AVR ins Leben gerufen. 1959 wurde daraus die „Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH“ (AVR GmbH), ein Konsortium aus 15 lokalen Elektrizitätsversorgern unter Führung der Stadtwerke Düsseldorf als Bauherr und Betreiber (weitere Gesellschafter u. a. Stadtwerke Aachen, Bonn, Bremen, Hagen, Hannover, München, Wuppertal). Die Machbarkeit und Funktionsfähigkeit eines gasgekühlten, graphitmoderierten Hochtemperaturreaktors zur Stromerzeugung sollte demonstriert werden. Gebaut wurde der AVR von August 1961 bis 1966 von BBC und Krupp, nachdem das Konsortium bereits im April 1957 den Konstruktionsauftrag und im Februar 1959 den Bauauftrag erhalten hatte.^[9][10] Die Baukosten beliefen sich auf rund 100 Mio. DM.^[11]

1967 nahm der AVR den Betrieb auf und begann Strom ins öffentliche Netz zu liefern. Am 31. Dezember 1988 wurde der AVR abgeschaltet; er hatte über seine Betriebszeit hinweg die Machbarkeit des Kugelhaufenreaktors bewiesen. Karl Strauss urteilte 2016, dass „der Betrieb der Anlage weitgehend problemlos verlief“. Die mittlere Verfügbarkeit betrug 60,4 %.^[11] Der AVR wurde von der KFA Jülich wissenschaftlich betreut und mit Betriebskostenzuschüssen unterstützt, war aber formal unabhängig. Ab Mitte der 1980er Jahre reduzierte die damalige Kernforschungsanlage ihre Arbeiten zur Weiterentwicklung des gasgekühlten Hochtemperaturreaktors.

Der AVR-Kugelhaufenreaktor wird bis heute zurückgebaut (siehe dessen Rückbau und Entsorgung). Problematisch erwies sich dabei insbesondere die starke Kontamination des Reaktorkerns mit radioaktiven Graphitstaubpartikeln. Ursächlich dafür war die Beschichtung der Brennstoffkügelchen aus Siliziumkarbid und porösem Kohlenstoff, die bei der hohen Temperaturentwicklung im Reaktorkern undicht wurde und radioaktive Spaltprodukte freigab. Das Konstruktionskonsortium BBC und Krupp hatte die im Reaktorkern herrschenden Temperaturen um 300 K zu gering berechnet.^[11] Das FZJ löste das Problem, indem es beschloss, den Reaktorkern mit Porenleichtbeton auszugießen, was die Staubpartikel bindet und den Reaktorkern stabilisiert.^[12] Der Sicherheitsforscher Rainer Moormann, der öffentlich auf die Graphitstaubkontamination hingewiesen hatte, wurde dafür mit dem Whistleblowerpreis 2011 ausgezeichnet.^[13] Unmittelbar nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima setzten das FZJ und die AVR GmbH eine unabhängige Expertengruppe ein, welche die Historie des AVR aufarbeitete und insbesondere zu den Publikmachungen Moormanns Stellung nahm.^[14][15]

Forschungsgebiete seit den 1960ern

Neben der Erforschung der Kernphysik und Kernenergie wurden bald nach der Gründung neue, nicht-nukleare Themen und Projekte aufgegriffen, wie z. B. die Umweltforschung und die Bodenforschung für die Landwirtschaft. Als eines der ersten Institute entstand das am 1. Mai 1961 eröffnete Institut für Biologie (Abteilung Botanik).^[16] Im Herbst 1961 wurde das Zentralinstitut für Angewandte Mathematik (ZAM) gegründet, eine damals ungewöhnliche Kombination eines mathematischen Instituts mit einem Rechenzentrum.^[17] Der Einstieg in die heutigen Neurowissenschaften begann 1964 mit der Gründung des Instituts für Nuklearmedizin und der Entwicklung von Radiotracern und deren Einsatz in bildgebenden Verfahren. Das Verständnis von Festkörpern war ein weiterer Schwerpunkt der Jülicher Forschung, der die Erforschung und Veränderung von Materialeigenschaften, zum Beispiel für neue Werkstoffe in der Energieforschung ermöglichte. Dazu entstand 1970 das Institut für Festkörperforschung.^[18]

In den folgenden Jahrzehnten erweiterte sich das Spektrum der Jülicher Forschung stetig in Richtung Lebenswissenschaften, Energie- und Umweltforschung, Materialwissenschaften und Informationstechnologien. 1977 entstand das Institut für Biotechnologie. 1981 startete das Großgerät TEXTOR als Jülicher Fusionsexperiment zur Erforschung der Kernfusionsreaktor-Technik auf dem Gebiet der Plasma-Wand-Wechselwirkungen. Die Anlage wurde Ende 2013 stillgelegt.^[19] 1993 ging der Teilchenbeschleuniger COSY, ein Kühlersynchrotron, in Betrieb. 1984 wurde am ZAM der Supercomputers CRAY X-MP als einer der schnellsten Rechner der Welt eingeweiht. Das ZAM war maßgeblich daran beteiligt, dass 1987 das erste nationale Höchstleistungsrechenzentrums (HLRZ) gegründet wurde. Aus dem ZAM entstand 2007 das heutige Jülich Supercomputing Centre, das mit JUWELS einen leistungsfähigen Supercomputer betreibt und europäischen Forscherinnen und Forschern zur Verfügung stellt.^[20]

Die neue wissenschaftliche Ausrichtung hatte 1990 eine Änderung des Namens in „Forschungszentrum Jülich GmbH“ (FZJ) zur Folge. Das Forschungszentrum ist Gründungsmitglied der damaligen Arbeitsgemeinschaft der Großforschungseinrichtungen (AGF, 1970), die sich 1995 in die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren umwandelte. Im Jahr 2004 wurde das Ernst Ruska-Centre für Elektronenmikroskopie gegründet, das mit Transmissionselektronenmikroskopen ausgestattet ist. Die Boden- und Umweltforschung wurden mit der Klimaforschung verbunden. 2001 wurde die Atmosphären-Simulationskammer SAPHIR eingeweiht, 2004 die Pflanzenversuchsanlage Phytec. Die Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen wurde 2007 durch die Gründung des JARA-Verbunds (Jülich Aachen Research Alliance) verstärkt. 2011 gründete das Forschungszentrum mit den Universitäten in Aachen, Bonn und Düsseldorf das Bioeconomy Science Centre (BioSc) als wissenschaftliches Kompetenzzentrum für nachhaltige Bioökonomie. Das FZJ ist zusammen mit den Universitäten Köln, Bonn und der RWTH Aachen im GeoVerbund ABC/J zusammengeschlossen.^[21] 2011 wurde das ESS-Kompetenzzentrum am Forschungszentrum Jülich gegründet, welches die deutschen Beiträge zur Europäische Spallationsquelle ESS im schwedischen Lund koordiniert.^[22]

Unternehmensstruktur

Das Forschungszentrum Jülich ist eine Gesellschaft mit beschränkter Haftung (GmbH) mit den Organen Gesellschafterversammlung, Aufsichtsrat und Vorstand. Die Gesellschafterversammlung setzt sich aus Mitgliedern der Gesellschafter Bund und Land Nordrhein-Westfalen zusammen. Vorstandsvorsitzender ist seit 1. Juli 2014 Wolfgang Marquardt. Dem Vorstand gehören weiter an (Stand Oktober 2021): Karsten Beneke (stellvertretender Vorsitzender, seit 2011), Astrid Lambrecht (seit 2021) und Frauke Melchior (seit 2021). Gremien des Forschungszentrums sind der Wissenschaftliche Beirat („Scientific Advisory Council“) und der Wissenschaftlich-Technische Rat (WTR).^[23]

Finanzierung

Das jährliche Budget des Forschungszentrums beträgt rund 800 Mio. Euro, davon 55 % institutionelle Förderung durch den Bund und das Land Nordrhein-Westfalen und 45 % Drittmittel, wobei letztere wiederum aus der Einwerbung von internationalen (EU-Förderung) und nationalen Projektförderungen (Bund, Land, DFG und sonstige), FuE- und Infrastrukturleistungen (Aufträge) sowie aus Projektträgerschaften im Auftrag der Bundesrepublik Deutschland und des Landes Nordrhein-Westfalen stammen.^[24]

Personal

Das Forschungszentrum hat (Stand Ende 2020) insgesamt 6796 Beschäftigte. Davon sind knapp 2.700 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, einschließlich 850 Doktorandinnen und Doktoranden. Sie arbeiten in Natur-, Lebens- und Technikwissenschaften in den Bereichen Information, Energie und Bioökonomie. 867 Menschen arbeiteten im Bereich Administration und Service, 1380 Personen für den Projektträger Jülich und über 500 als technisches Personal. In 23 Berufen gibt es über 300 Auszubildende und Praktikanten.^[25][26] Im Jahr 2020 forschten 672 Gastwissenschaftlerinnen und Gastwissenschaftler aus 62 Ländern im Forschungszentrum Jülich.^[25]

Ausgezeichnete Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Am 10. Dezember 2007 wurde Peter Grünberg vom Forschungszentrum Jülich zusammen mit dem Franzosen Albert Fert von der Université Paris-Sud für die – voneinander unabhängige – Entdeckung des GMR-Effekts mit dem Nobelpreis für Physik in Stockholm ausgezeichnet.^[27] Dies war der erste Nobelpreis für einen Mitarbeiter des Forschungszentrums Jülich und der Helmholtz-Gemeinschaft.^[28] Zuvor hatte Peter Grünberg 1998 den Deutschen Zukunftspreis und gemeinsam mit Albert Fert 2007 den Japan-Prize sowie den israelischen Wolf-Preis für Physik erhalten. Den Wolf-Preis (2011) und den japanischen Honda-Preis im Jahr 2008 erhielten auch Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich, Maximilian Haider von der CEOS GmbH, Heidelberg und Harald Rose von der Technischen Universität Darmstadt für den Durchbruch in der Elektronenmikroskopie.^[29] 2002 erhielten Maria-Regina Kula und Martina Pohl für die Entwicklung von biologischen Katalysatoren den Deutschen Zukunftspreis.^[30]

Ausbildung und Lehre am Forschungszentrum Jülich

2020 wurden im Forschungszentrum über 300 Menschen in 23 Berufen ausgebildet.^[25] In Kooperation mit der RWTH Aachen und der Fachhochschule Aachen existieren ebenfalls kombinierte Ausbildungs- und Studiengänge. Den Absolventen wird nach bestandener Prüfung eine Beschäftigung bis zu einem halben Jahr im erlernten Beruf angeboten. Mehr als 5000 Auszubildende schlossen seit der Gründung ihre Ausbildung am Forschungszentrum in mehr als 25 Berufen erfolgreich ab.^[26]

Die Institutsdirektoren am Forschungszentrum selbst werden nach dem sogenannten „Jülicher Modell“ in einem gemeinsamen Berufungsverfahren mit dem Land Nordrhein-Westfalen auf eine Professur an eine der benachbarten Universitäten berufen (z. B. Aachen, Bonn, Köln, Düsseldorf, Bochum, Duisburg-Essen, Münster).^[31] In Zusammenarbeit mit den Universitäten wurden sogenannte Graduate und Research schools gegründet (zum Beispiel „International Helmholtz Research School of Biophysics and Soft Matter“ mit den Universitäten Köln und Düsseldorf), um die interdisziplinäre wissenschaftliche Ausbildung von Doktorandinnen und Doktoranden zu fördern.^[32]

Forschungsfelder und Aktivitäten

Forschungsbereiche

Das Forschungszentrum Jülich gruppiert seine Forschungsaktivitäten in drei interdisziplinäre strategische Forschungsbereiche: Energie, Information und Bioökonomie.

Information

Im Schwerpunkt Information wird untersucht, wie Informationen in biologischen und technischen Systemen verarbeitet werden. Die Forschenden beschäftigen sich mit Simulations- und Datenwissenschaften des High-Performance Computing (HPC) bzw. Supercomputing, Hirnforschung und Forschung zu den bio- und nanoelektronikbasierten Informationstechnologien, das heißt wie versuchen, Erkenntnisse über die biologische Informationsverarbeitung auf die technische Systeme zu übertragen. Im Bereich des Supercomputings entwickelt und betreibt das FZJ eigene Supercomputer (s. Abschnitt Forschungsinfrastrukturen), die für Simulationsrechnungen genutzt werden können. Auch die Hirnforschung greift auf diese Anlagen zurück. Gegenstand der Hirnforschung in Jülich ist die Aufklärung der molekularen und strukturellen Organisation des Gehirns, um auch Erkrankungen wie die Alzheimer-Demenz besser zu verstehen. Die Forschung findet in Kooperation mit den umliegenden Universitätskliniken in Köln, Aachen und Düsseldorf statt.^[33][34]

Mit dem Forschungsbereich Information ist die Erforschung von Quantentechnologien verbunden. Dazu gehört die Arbeit an Quantencomputern, wobei in Jülich Bauteile, Konzepte und Prototypen für Quantencomputer entwickelt werden.^[35] Das Forschungszentrum Jülich kooperierte mit Google bei der Entwicklung des Quantencomputers Sycamore,^[36] und wird im Rahmen des Projekts OpenSuperQ Standort des ersten universellen Quantencomputers aus europäischer Entwicklung.^[37]

Energie

Die Energieforschung des FZJ zielt auf ein Energiesystem ab, das auf erneuerbaren Energien beruht. Zentral für diesen Forschungsbereich ist das Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), dessen 14 Institutsbereiche in Kooperation mit anderen Instituten verschiedenen Aufgaben verschrieben sind.^[38] Zu den Forschungsschwerpunkten gehören Photovoltaik, Brennstoffzellen, Wasserstoff als Energieträger, die Forschung an Batterien und neuen Methoden der Energiespeicherung, sowie Verfahren zur Effizienzsteigerung fossiler Energien. Im Kontext der Umsetzbarkeit der Energiewende erforscht und modelliert das FZJ Energiesysteme.^[39] Das Institut beteiligt sich mit seiner Materialforschung auch an der Entwicklung von Kernfusionsreaktoren (wie dem ITER oder Wendelstein 7-X).^[38] Im Bereich der Energieerzeugung durch Kernspaltung („Atomenergie“) forscht das FZJ heute nur noch an der Entsorgung der nuklearen Abfallprodukte. Zwei^[40][41] Institutsbereiche des IEK sind in der Atmosphären- und Klimaforschung aktiv, wobei es vor allem um die Wechselwirkungen zwischen menschlicher Aktivität, Luftqualität und Klima geht, sowie um die Verbesserung von Klima- und Atmosphärenmodellen in Kooperation mit dem Supercomputerzentrum des Forschungszentrums.^[42]

Innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft ist das FZJ mit 265 Vollzeitstellen (2019) der größte Standort für die Erforschung von Wasserstofftechnologien. Geforscht wird an der Produktion, der Umwandlung und der Speicherung (z. B. in flüssigen Medien, Liquid Organic Hydrogen Carriers) von Wasserstoff, sowie an der Infrastruktur einer Wasserstoffwirtschaft.^[43][44]

Nachhaltige Bioökonomie

Als Bioökonomie wird das Konzept einer Wirtschaftsform bezeichnet, die auf nachhaltig genutzten biologischen Ressourcen, bspw. Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen, basiert. Für die Notwendigkeit einer Bioökonomie wird vor dem Hintergrund der Endlichkeit der Erdölreserven, auf denen viele industrielle und Alltagsprodukte basieren, dem menschengemachten Klimawandel und dem weiteren Wachstum der Weltbevölkerung argumentiert.^[45] Im Forschungsbereich Nachhaltige Bioökonomie des FZJ wird zum Wandel von einer erdölbasierten hin zu einer Bioökonomie geforscht.^[46] Diese Forschung findet im Feld der Biotechnologie statt, um industriell oder pharmazeutisch genutzte Grundstoffe biotechnologisch aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen zu können. In der Pflanzenforschung geht es um Fragen der landwirtschaftlichen Ertragoptimierung und der Nutzbarkeit von Pflanzen als Treibstoffe. Als drittes Forschungsfeld gibt das FZJ die Erforschung der chemischen und physikalischen Prozesse des Bodens an.^[47][44]

Strukturwandel im Rheinischen Braunkohlerevier

Dem Rheinischen Braunkohlerevier, in dem das FZJ liegt, steht durch den Ausstieg aus der Kohleverstromung ein bedeutender Strukturwandel bevor. Nach dem Willen der nordrhein-westfälischen Landesregierung soll die Gegend zu einer „europäischen Modellregion für Energieversorgungs- und Ressourcensicherheit“ werden.^[48] Das FZJ soll durch Forschungsprojekte dazu beitragen, dass die Region den Wandel bewältigt.^[49] Zu diesen Projekten gehören der Anbau neuartiger Pflanzen und Projekte zu nachhaltiger Landwirtschaft, in der Wasserstoffwirtschaft und Kooperationen des Schwerpunktes Information mit der Wirtschaft, beispielsweise im Bereich Künstliche Intelligenz oder Datenanalyse. Dadurch soll ein Standortvorteil für innovative Unternehmen entstehen.^{[50][44][51][52][53]}

Forschungsinfrastrukturen

Das Forschungszentrum Jülich betreibt zahlreiche Forschungsinfrastrukturen, die internen und auch externen Nutzern zur Verfügung stehen. Das Forschungszentrum koordiniert und beteiligt sich an mehreren Forschungsinfrastrukturen der ESFRI-Roadmap, die strategisch bedeutende Anlagen und Plattformen in der EU identifiziert. Darunter fallen etwa die neurowissenschaftliche Digitalplattform EBRAINS, das EMPHASIS-Projekt zur Pflanzenphänotypisierung, die Koordination des europäischen Superrechner-Verbunds PRACE oder die IAGOS-Kooperation zur Erforschung der Erdatmosphäre mithilfe von Instrumenten an Linienflugzeugen. Das Ernst Ruska-Centrum 2.0 für höchstauflösende Elektronenmikroskopie und der deutsche Beitrag der Europäischen Forschungsinfrastruktur für Aerosol, Wolken und Spurengase (ACTRIS-D) sind seit 2019 Teil der Nationalen Roadmap, mit der das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) strategisch und forschungspolitisch wichtige Infrastrukturprojekte priorisiert.^[54]

Helmholtz Nano Facility

Die Helmholtz Nano Facility (HNF) ist eine Anlage mit 1100 m² Reinraum der Klassen ISO 1–3. Die HNF ist eine zentrale Technologieplattformen für die Herstellung von Nanostrukturen und Schaltungen in der Helmholtz-Gemeinschaft. Schwerpunkte der Arbeiten liegen in den Bereichen „Green Mikrochips/Computing“, Quantencomputing und Neuromorphic Computing, Bioelektronik sowie Mikrofluidik.^[55]

Ernst Ruska-Centrum

Das Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C) wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als nationale Forschungsinfrastruktur für höchstauflösende Elektronenmikroskopie ausgewählt. Die bereitgestellten und weiterentwickelten elektronenoptischen Instrumente sind auch externen Wissenschaftlern und Unternehmen zugänglich und ermöglichen es, Strukturen auf atomarer und molekularer Ebene zu untersuchen. Mit PICO steht dafür ein Elektronenmikroskop zur Verfügung, das die Linsenfehler der sphärischen und chromatischen Aberration korrigieren kann.^[56]

Atmosphären-Simulationskammer SAPHIR

Simulation Atmosphärischer Photochemie in einer großen Reaktionskammer

In der 20 Meter langen SAPHIR-Kammer (Simulation Atmosphärischer PHotochemie In einer großen Reaktionskammer) untersucht der Bereich Troposphäre (IEK-8) des Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) photochemische Reaktionen in der Erdatmosphäre.^[57]

Jülich Plant Phenotyping Center

Das Jülich Plant Phenotyping Center (JPPC) ist eine international führende Einrichtung zur Entwicklung und Anwendung von nicht-invasiven Techniken zur Quantifizierung von Struktur und Funktion von Pflanzen. Am JPPC wird sowohl Technologie-Entwicklung betrieben als auch phänotypische Untersuchungen auf mechanistischer Ebene, im Hochdurchsatz und im Feld durchgeführt.^[58]

Supercomputer

Das Jülich Supercomputing Centre (JSC) am Forschungszentrum betreibt Superrechner der höchsten Leistungsklasse und geht zurück auf das erste deutsche Höchstleistungsrechenzentrum, das 1987 in Jülich gegründet wurde. Für die Supercomputer wurde 2003 eine neue 1000 m² große Maschinenhalle neben dem Jülich Supercomputer Centre errichtet. Gemeinsam mit dem Höchstleistungsrechenzentrum in Stuttgart (HLRS) und dem Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München bildet das JSC das Gauss Centre for Supercomputing (GCS), das die drei leistungsstärksten Rechenzentren Deutschlands unter einem Dach vereint. Darüber hinaus koordiniert das JSC den Aufbau des europäischen Supercomputer-Verbunds PRACE. Leiter des JSC ist der Physiker und Computerwissenschaftler Thomas Lippert.^[60]

JURECA (2015)

Der Superrechner JURECA löste im Jahr 2015 JUROPA ab und wurde 2017 durch ein GPU-basiertes Booster-Modul erweitert. JURECA war damit der weltweit erste Superrechner mit einer modularen Architektur, der in den produktiven Rechenbetrieb ging. Das System erreichte mit einer Rechenleistung von 3,78 Petaflops den 29. Platz auf der TOP500-Liste vom November 2017. Von Herbst 2020 bis Anfang 2021 wurde das JURECA-Cluster-Modul durch das Rechenmodul JURECA-DC ersetzt, das für die Verarbeitung großer Datenmengen ausgelegt ist und die Spitzenleistung auf 23,5 Petaflops erhöhte.^[61]

JUWELS (2018)

Der Superrechner JUWELS (Jülich Wizard for European Leadership Science) ging im Jahr 2018 in Betrieb und wurde 2020 durch ein GPU-basiertes Booster-Modul erweitert. Zusammen kommen Cluster- und Booster-Modul auf eine Spitzenleistung von 85 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde (85 Petaflops). Damit ist JUWELS der aktuell leistungsfähigste Computer in Europa. Das JUWELS-Booster war bei seiner Einführung zudem das energieeffizienteste System unter den 10 leistungsfähigsten Rechnern der Welt.^[62]

Medizinische Bildgebung

Das Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM) entwickelt und nutzt Methoden der medizinischen Bildgebung mittels MRT und PET für klinische Anwendungen sowie zur Erforschung neurologischer, neuropsychologischer und psychologischer Fragestellungen. Die Ausstattung umfasst einen kombinierten 3-Tesla- und 9,4-Tesla-MRT-PET-Tomografen sowie jeweils ein 7-Tesla-, 4-Tesla- und 3-Tesla-MRT-System.^{[63][64][65][66]}

Forschung mit Neutronen

Das Forschungszentrum Jülich ist ein nationales Kompetenzzentrum für Neutronenstreuung. Wenige Monate vor der Abschaltung der anfänglichen Neutronenquelle, des Jülicher Forschungsreaktors FRJ-2, im Jahr 2006 wurde das Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) gegründet, das Instrumente an verschiedenen Neutronenquellen weltweit betreibt. Sechs der wichtigsten Instrumente wurden vom FRJ-2 an den FRM II verlegt; weitere Instrumente dort neu aufgebaut. Daneben betreibt das JCNS Außenstellen am Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble und an der Spallation Neutron Source (SNS) in Oak Ridge. Zusätzlich ist der Betrieb von Instrumenten an der Europäischen Spallationsneutronenquelle ESS, die sich derzeit im schwedischen Lund im Aufbau befindet, sowie an zukünftigen hochbrillanten beschleunigergetriebenen Neutronenquellen (HBS) geplant. Die Instrumente stehen einem großen Nutzerkreis zur Verfügung, beispielsweise zur Erforschung von Energiematerialien und medizinischen Wirkstoffen oder zur Analyse von Proteinstrukturen und magnetischen Materialien.^[67]

Kühlersynchrotron COSY

COSY (Cooler Synchrotron) ist ein Teilchenbeschleuniger (Synchrotron) und Speicherring (Umfang: 184 m) zur Beschleunigung von Protonen und Deuteronen, der vom Institut für Kernphysik (IKP) im Forschungszentrum betrieben wird.

COSY zeichnet sich durch die so genannte Strahlkühlung aus, bei der die Abweichung der Teilchen von ihrer vorgegebenen Bahn (kann auch als Wärmebewegung der Teilchen aufgefasst werden) durch Elektronen- bzw. stochastische Kühlung reduziert wird. An COSY gibt es mehrere Experimentiereinrichtungen für Untersuchungen im Bereich der Hadronenphysik. Den momentanen Forschungsschwerpunkt bilden dabei die Untersuchung des elektrischen Dipolmoments von Protonen^[68], der Test von Komponenten und Methoden für die geplante Facility for Antiproton and Ion Research sowie vorbereitende Experimente zum Aufbau einer beschleunigerbasierten Neutronenquelle^[69]. Vorherige Schwerpunktexperimente wie das Magnetspektrometer ANKE, das Flugzeitmassenspektrometer TOF und der Universaldetektor WASA, dessen Umzug vom Speicherring CELSIUS des The Svedberg Labors (TSL) in Uppsala zu COSY 2005 durchgeführt wurde, wurden stillgelegt und zum größten Teil abgebaut. Das Synchrotron wird von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus deutschen und ausländischen Forschungseinrichtungen an internen und externen Experimentierplätzen genutzt und gehört zu den Forschungsgeräten der Verbundforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.^[70]

Jülich Synchrotron Radiation Laboratory (JSRL)

Die Forschung innerhalb des Jülich Synchrotron Radiation Laboratory (JSRL) reicht von der Grundlagenforschung über die Materialwissenschaft bis hin zur Entwicklung von Gerätetechnik. Das JSRL ergänzt damit die Instrumente, die das JCNS an verschiedenen Neutronenquellen betreibt, und die Elektronenmikroskope des ER-C.^[71]

An mehreren Synchrotronquellen betreibt das Jülicher Peter Grünberg Institut (PGI) Photoemissions-, Spektroskope und Photoemissions-Elektronenmikroskope. Die Einrichtungen bieten eine Plattform für Grundlagenforschung im Bereich der Nanoelektronik, Quanten und Energiematerialien. Forschungsstandorte sind unter anderem:^[71]

• BL5 U-250-PGM bei DELTA (Dortmund)
• UE56/1-SGM bei BESSY (Berlin)
• MuCAT bei APS (Argonne, USA)
• JUSIFA bei HASYLAB (Hamburg).

EBRAINS

EBRAINS^[72] ist eine europäische digitale Forschungsinfrastruktur, die im Rahmen des EU-finanzierten Human Brain Project (HBP) geschaffen wurde. Das Forschungszentrum Jülich unterstützt die Infrastruktur mit Rechenkapazitäten für Simulationen und Big-Data-Analysen. Ziel ist, die Hirnforschung zu fördern sowie die Umsetzung der wissenschaftlichen Erkenntnisse auf diesem Gebiet in vom Gehirn inspirierten Innovationen in Computing, Medizin und Industrie.^[73]

EMPHASIS

Die European Infrastructure for Multi-Scale Plant Phenomics and Simulation for Food Security in a Changing Climate (EMPHASIS) ist eine gesamteuropäische, verteilte Infrastruktur für die Pflanzenphänotypisierung. Ziel der vom Forschungszentrum Jülich koordinierten EU-Plattform ist es, das das äußere Erscheinungsbild von Pflanzen, den Phänotyp, beispielsweise die Wurzelarchitektur oder die Anzahl der Blätter, zu analysieren und zu vermessen. EMPHASIS verknüpfte Informationssysteme zur Datenerfassung mit mathematischen Modellen und unterstützte so Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei, Pflanzen für eine nachhaltige europäische Agrarwirtschaft in verschiedenen Umgebungen zu untersuchen, um eine effizientere Pflanzenproduktion in einem sich wandelnden Klima zu ermöglichen. Der Aufbau der Plattform wurde mit EU-Mitteln in Höhe von 4 Mio. EUR gefördert.^[74]

Biomolekulares NMR-Zentrum

Das Biomolekulare NMR-Zentrum Institut für Biologische Informationsprozesse (Strukturbiochemie) des Forschungszentrums Jülich und des Instituts für Physikalische Biologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf erforscht mit Höchst- und Hochfeld-NMR-Spektrometern für Flüssig- und Festkörper-NMR-Spektroskopie biologisch und medizinisch relevante Proteine, wie beispielsweise die Bestimmung der hochaufgelösten dreidimensionalen Struktur. Des Weiteren wird mit dieser Technik die strukturelle Basis der Affinität und Spezifität dieser Makromoleküle in Interaktion mit Wirtszellproteinen und artifiziellen Liganden untersucht.

Das Biomolekulare NMR-Zentrum verfügt über ein 900 MHz-NMR-Spektrometer für Flüssig-NMR-Spektroskopie, ein 800 MHz-NMR-Spektrometer für Flüssig- und Festkörper-NMR-Spektroskopie, ein 700 MHz-NMR-Spektrometer für Flüssig-NMR-Spektroskopie, zwei 600 MHz-Geräte für Flüssig-NMR-Spektroskopie sowie ein weiteres 600 MHz NMR-Spektrometer für Festkörper-NMR-Spektroskopie. Ein neuartiges DNP-verstärktes 600-MHz-NMR-Spektrometer wurde 2014 installiert.^[75]

Membranzentrum

Das Membranzentrum des Forschungszentrums Jülich bietet auf einer Nutzfläche von rund 1.550 Quadratmetern eine Forschungsinfrastruktur zur Entwicklung von Membransystemen, welche das gesamte Spektrum von der Fertigung der benötigten Materialien, über die Charakterisierung mit Analysegeräten bis hin zu Tests von Modulen und Komponenten abdeckt. Im Fokus steht die Entwicklung neuartiger Membransysteme in der Energietechnik, die Klimagase aus Abgasen abtrennen und als Basis für neuartige Festoxid-Brennstoffzellen und Festkörperbatterien zum Einsatz kommen.^[76]

Weitere Forschungsprojekte

CLaMS – Atmosphärenmodelle für die Klimaforschung

Das Verständnis der chemischen Prozesse in der Atmosphäre bildet die Grundlage für zahlreiche Klimamodelle. Umweltforscher des Forschungszentrum Jülich untersuchen die Chemie der Atmosphäre mit Flugzeugen, Ballons und Satelliten und erstellen daraus chemische Modelle wie z. B. das CLaMS (Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere), die in Simulationen auf Supercomputern zum Einsatz kommen. Diese Atmosphärensimulation ist in Fortran 90 geschrieben und modelliert den Ozonabbau in der nördlichen Stratosphäre. Die Ansteuerung erfolgt mit Shellprogrammen und die Visualisierung mit IDL.^[77]

MEM-BRAIN – Kohlendioxidabtrennung

Mit seinen Forschungspartnern entwickelt das Forschungszentrum Jülich keramische Membranen. Sie könnten in Kraftwerken als Filter eingesetzt werden, um Prozessgase zu trennen und auch Kohlendioxid effektiv zurückzuhalten.^[78]

UNICORE – einfacher Zugriff auf Computerleistung

Rechen- und Speicherressourcen sind oftmals auf mehreren Computersystemen, Rechenzentren oder sogar Ländern verteilt. Industrie und Wissenschaft benötigen also Werkzeuge für den einfachen und sicheren Zugriff auf diese Ressourcen. UNICORE aus Jülich ist ein Grid-basiertes Werkzeugpaket. Die aktuelle Version UNICORE 6 ist Web-Services basiert (WS-RF) und implementiert Grid-Standards des OGF.^[79]

Pflanzenexperimentier-Anlage PhyTec

Seit 2003 steht ein Gewächshaus mit modernster Technik zur Verfügung. Maximale Transparenz der Scheiben von über 95 % im Bereich des pflanzenrelevanten Lichtspektrums wird durch eine spezielle Glasart und Antireflex-Beschichtung erreicht. Zusätzlich dringt auch UV-B durch die Scheiben. Die CO₂-Konzentration in zwei Abteilen kann erhöht und verringert werden, die Luftfeuchtigkeit kann variiert werden, die Temperatur kann auch im Sommer bei voller Einstrahlung auf 25 °C gehalten werden. Der Bereich Phytosphäre (ICG-III) des Instituts für Chemie und Dynamik der Geosphäre (ICG) simuliert hier verschiedene Klimaszenarien und untersucht deren Einfluss auf pflanzliche Schlüsselprozesse wie Wachstum, Transport, Austauschprozesse mit Atmosphäre und Boden sowie auf biotische Interaktionen.^[80]

Meteorologie

Zum Forschungszentrum Jülich gehört auch ein 124 Meter hoher Stahlfachwerkmast für meteorologische Messungen. Er ist in 10, 20, 30, 50, 80, 100 und 120 Metern Höhe mit Plattformen ausgestattet, welche Messgeräte tragen. Der 1963/64 errichtete Messmast ist eine dreieckige Stahlfachwerkkonstruktion.^[81]

Ehemalige Forschungsaktivitäten

Frühere Supercomputer

IBM p690-Cluster „Jump“ (2004)

Der massiv-parallele Supercomputer IBM p690-Cluster Jump ging Anfang 2004 in Betrieb. Mit 1312 Power4+ 2C-1,7-GHz-Prozessoren (41 Knoten mit je 32 Prozessoren) und einem Hauptspeicher von 5 Terabyte (128 Gigabyte pro Knoten) erbrachte der Rechner eine Maximalleistung von 5,6 Teraflops und war damit zum Zeitpunkt seiner Einrichtung auf Platz 30 der leistungsstärksten Rechner der Welt. Die Knoten waren durch einen High-Performance-Switch (HPS) miteinander verbunden. Anwendungen hatten über ein globales paralleles Dateisystem Zugriff auf über 60 Terabyte Speicherplatz und einen integrierten Bandspeicher mit einer Kapazität von einem Petabyte. Betrieben wurde der IBM-p690-Cluster Jump unter dem Betriebssystem AIX 5.1. 2008 wurde das System übergangsweise durch IBM Power6 p6 575 ersetzt, bis JuRoPA in Betrieb ging.^[82]

Jülicher BlueGene/L-Superrechner (JUBL, 2006)

Der 2006 eingeweihte JUBL gilt als Vorgänger des JUGENE und wurde nach dessen erfolgreicher Installation Mitte 2008 außer Betrieb genommen.

Jülicher BlueGene/P-Superrechner (JUGENE, 2008)

Am 22. Februar 2008 wurde der auf IBMs BlueGene/P-Architektur basierende massiv-parallele Supercomputer JUGENE in Betrieb genommen. Zeitweilig war er der schnellste Rechner Europas und der schnellste zivile Rechner der Welt. 2012 wurde er durch JUQUEEN ersetzt.^[83]

HPC-FF und JuRoPA (2009)

Am 26. Mai 2009 wurden die beiden Rechner HPC-FF und JuRoPA in Betrieb genommen. Beide Rechner ließen sich für spezielle Aufgaben zusammenschalten und erbrachten zusammen 274,8 Teraflops mit Linpack, das entsprach damals Platz 10 weltweit. Als Betriebssystem war SUSE Linux Enterprise Server im Einsatz.^[84] 2009 waren somit drei Supercomputer im Einsatz. Im Juni 2015 wurden beide Computer abgeschaltet und durch JURECA ersetzt.^[85][86]

• HPC-FF – Ein von Bull gebauter Rechner für die Fusionsforschung mit 1080 Cluster-Knoten mit je zwei Xeon-Quad-Core-Prozessoren (Xeon X5570, 2,93 GHz)
• JuRoPA von Sun gebaut, mit 4416 Xeon-X5570-Prozessoren (2208 Prozessornodes).

JUQUEEN (2012)

Der Supercomputer mit der Bezeichnung JUQUEEN konnte 2012 in Betrieb genommen werden. Er hat eine Spitzenleistung von 5,9 Petaflops und war bei Inbetriebnahme der schnellste Supercomputer Europas.^[87]

Tokamak TEXTOR

TEXTOR war ein Tokamak-Experiment für technologieorientierte Forschung (Tokamak EXperiment for Technology Oriented Research) auf dem Gebiet der Plasma-Wand-Wechselwirkungen, das vom Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Plasmaphysik (IEK-4) im Forschungszentrum betrieben wurde. Die Anlage wurde Ende 2013 stillgelegt.^[19] Konstruiert wurde sie in den Jahren ab 1976, eingeweiht wurde sie 1983.^[88]

TEXTOR diente der Erforschung der Kernfusionsreaktor-Technik. Hierzu wird in Experimenten Wasserstoff und Deuterium auf bis zu 50 Millionen Grad aufgeheizt, so dass er in vollionisierter Form (Protonen, Elektronen), als Plasma, vorliegt. Die Erforschung der Wechselwirkung dieses Plasmas mit den umgebenden Wänden war eine der Aufgaben dieses Experiments. Die Erkenntnisse dienten der Vorbereitung des nächsten großen Schrittes, des Versuchsreaktors ITER, an dessen Bau im südfranzösischen Cadarache das Forschungszentrum Jülich mitarbeitet.^[89]

NACOK Entwicklung und Sicherheitsforschung für Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktoren

Die Auswirkungen eines angenommenen Lecks im Druckbehälter eines zukünftigen Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktors, wie er in Jülich unter Rudolf Schulten entwickelt wurde, werden mit dem Großversuchsstand NACOK (Naturzug im Core mit Korrosion) im IEF-6 in Kooperation mit RWTH Aachen untersucht. Diese Testanlage hat einen über 7 m hohen Versuchskanal, der bis auf 1200 °C aufgeheizt werden kann, und ein ebenfalls beheizbares Rückführrohr. Die Ergebnisse werden für die Bestätigung thermohydraulischer Rechenprogramme eingesetzt.

Experimente wurden für die südafrikanische Reaktorbaufirma PBMR, für die EU im Rahmen des Projektes RAPHAEL sowie 2010–11 gefördert vom Land NRW ausgeführt. Seit 2012 fördert das Bundeswirtschaftsministerium NACOK-Untersuchungen zur Staubbildung in Kugelhaufenreaktoren im Normalbetrieb. Nach längerer öffentlicher Diskussion über den Sinn der HTR-Forschung im FZJ beschloss der Aufsichtsrat im Mai 2014, die HTR-Forschung Ende 2014 zu beenden und NACOK stillzulegen.^[90]

Institute

Lage und Verkehrsanbindung

Das Forschungszentrum liegt auf einem zutrittsbeschränkten Campus inmitten des Stetternicher Forstes in Jülich (Kreis Düren, Nordrhein-Westfalen) und umfasst eine Fläche von etwa 2,2 Quadratkilometern. Es liegt rund 4 km südöstlich von Jülich, etwa 30 km nordöstlich von Aachen und 45 km westlich von Köln. Einige wenige Einrichtungen der Forschungszentrums sind nicht auf dem eigentlichen Campus untergebracht, sondern circa 1 km westlich davon auf dem Gelände des ehemaligen Bundesbahn-Ausbesserungswerks Jülich (BAW).^[91]

Nächstgelegene Bahnstation ist der Rurtalbahn-Haltepunkt Forschungszentrum an der Bahnstrecke Düren–Jülich, von dort bis zum Haupteingang des Forschungszentrums sind es etwa 1.300 m.

Vom Bahnhaltepunkt aus sowie von Aachen, Jülich und seit 2020 auch Merzenich (S-Bahn Köln) verkehren Busse der AVV-Linien 219, 220, SB20 und SB35 des Rurtalbus direkt in das Gelände des Forschungszentrums hinein. Diese bedienen dort die Haltestellen Feuerwehr, Heizwerk, Plasmaphysik, Wache 1, Strahlenschutz und Seecasino. Die Linie 220 bedient bei zwei Fahrten zusätzlich die Haltestelle Kleine Füchse.

Infrastruktur

Neben den Forscherinnen und Forscher Instituten und den Großeinrichtungen gibt es zahlreiche Infrastruktureinheiten und Zentralinstitute, so ist zum Beispiel eine hauptamtliche Werkfeuerwehr rund um die Uhr einsatzbereit, um Menschen, Sachwerte, Tiere und die Natur im und um das Forschungszentrum zu schützen.^[92]

Auf dem Gelände betreibt die Landesanstalt für Arbeitsschutz (LAfA) des Landes Nordrhein-Westfalen eine Landessammelstelle für radioaktive Abfälle für die Länder NRW und Niedersachsen. Diese Sammelstelle nimmt neben radioaktivem Abfall aus dem Forschungszentrum auch weitere (schwach)-radioaktive Abfälle aus den genannten Ländern an.^[93]

Seit 1979 verfügt das Forschungszentrum für den Güterverkehr über einen eigenen Gleisanschluss,^[94] der innerhalb des Campus als Stumpfgleis endet.

Siehe auch

• Liste der Kernreaktoren in Deutschland
• Liste privatrechtlicher Unternehmen mit Bundesbeteiligung in Deutschland
• Agroisolab, im Jahre 2002 ausgegliedertes Unternehmen für Stabile-Isotopen-Analytik

Literatur

• Bernd-A. Rusinek: Das Forschungszentrum: eine Geschichte der KFA Jülich von ihrer Gründung bis 1980. Campus-Verlag, Frankfurt (Main), New York 1996, ISBN 978-3-593-35636-5 (841 S.). 
• Kernforschungsanlage Jülich des Landes Nordrhein-Westfalen e.V. im Zusammenwirken mit der Landespresse- und Informationsstelle der Landesregierung NRW (Hrsg.): Zehn Jahre Kernforschungsanlage Jülich des Landes Nordrhein-Westfalen e.V. Jülich 1966, DNB 457185635 (124 S.). 
• Ortwin Renn: Wahrnehmung und Akzeptanz technischer Risiken, 6 Bände, KFA, Kernforschungsanlage Jülich, Programmgruppe Kernenergie und Umwelt, Zentralbibliothek der Kernforschungsanlage Jülich 1980 DNB 550943757 (Dissertation Universität Köln 1980, 852 Seiten in 6 Bänden)
  • Band 1: Zur Theorie der Risikoakzeptanz – Forschungsansätze und Modelle 1981, 155 Seiten.
  • Band 2: Die empirische Analyse von Risikoperzeption und -akzeptanz, 1981, 130 Seiten.
  • Band 3: Das Symbol Kernenergie – Einstellungen und ihre Determinanten, 1981, 162 Seiten.
  • Band 4: Materialband 1; statistische Daten, 1981, 227 Seiten.
  • Band 5: Materialband 2; Fragebögen und Anleitungen, 1981, 135 Seiten.
  • Band 6: Zentrales Literaturverzeichnis, 1981, 43 Seiten.

Weblinks

Commons: Forschungszentrum Jülich – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Forschungszentrum Jülich (Aktuelle Selbstdarstellung)
• „60 Jahre Forschung im Zentrum“ (Überblick zur Geschichte von 1956 bis 2016)

Einzelnachweise