El Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ( HZDR ) es un laboratorio de investigación con sede en Dresde. Realiza investigaciones en tres de las áreas de la Asociación Helmholtz: materiales, salud y energía. El HZDR es miembro de la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes .
Historia
El HZDR está ubicado en el antiguo Instituto Central de Física Nuclear (posteriormente Instituto Central de Investigación Nuclear) en Dresde-Rossendorf, fundado en 1956 y que se convirtió en el mayor instituto de investigación nuclear de la RDA. El antiguo centro de investigación de Rossendorf formaba parte de la Academia Alemana de Ciencias . El físico británico de origen alemán Klaus Fuchs , que participó en el Proyecto Manhattan y actuó como espía para la Unión Soviética , fue su director adjunto hasta 1974.
En 1992 se fundó en el lugar de investigación el Forschungszentrum Rossendorf. En 2006, el nombre cambió a "Forschungszentrum Dresden-Rossendorf" para enfatizar la conexión con la infraestructura de investigación de la ciudad de Dresde. En 2011, el centro se convirtió en miembro de la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes . [2]
Programas de investigación
Laboratorio de Altos Campos Magnéticos de Dresde: banco de condensadores de la fuente de corriente pulsadaFuente de radiación ELBE (Electron Linac para haces con alta brillantez y baja emitancia)Fuente de aceleración láser de Dresde DRACOHaz de iones que golpea la superficie de un material
El HZDR lleva a cabo investigaciones en los sectores de los materiales, la salud y la energía en Dresde y en otras cuatro ubicaciones en Alemania y una en Francia. En Grenoble , opera una línea de luz para la investigación radioquímica en el European Synchrotron Radiation Facility ( ESRF ). Tres de las cinco instalaciones a gran escala del HZDR están a disposición de los científicos internacionales.
Materiales
Los científicos del HZDR están investigando la estructura y la función de nuevos materiales para comprenderlos, optimizarlos y utilizarlos mejor en aplicaciones específicas. Esto incluye la investigación sobre nuevos materiales superconductores y semiconductores que utilizan campos magnéticos elevados o haces de iones. Están desarrollando detectores para aplicaciones en medicina y tecnología, y están avanzando en tecnologías para la aceleración de partículas .
Salud
El objetivo del HZDR es avanzar en el diagnóstico y el tratamiento tempranos del cáncer . Para ello colabora con socios de la medicina universitaria (Centro Nacional de Investigación Radiológica en Oncología, OncoRay, en Dresde). La investigación del cáncer del HZDR se centra en tres áreas principales: nuevos fármacos radiactivos para el diagnóstico y el tratamiento del cáncer, métodos innovadores de obtención de imágenes médicas utilizados en oncología, así como aceleración de partículas mediante nuevas tecnologías láser para la oncología radioterápica .
Energía
Los investigadores del HZDR buscan soluciones energéticas que sean económica y ecológicamente viables. El Instituto Helmholtz de Tecnología de Recursos de Freiberg, una iniciativa conjunta del HZDR y la TU Bergakademie Freiberg , se centra en nuevas tecnologías para la exploración, extracción y uso de metales y minerales de importancia estratégica, por ejemplo, métodos biotecnológicos para el reciclaje de metales . Los científicos también estudian procesos industriales de alto consumo energético, como la fundición de acero o la industria química. Están estudiando depósitos y reactores nucleares y están contribuyendo a nuevas tecnologías de almacenamiento, por ejemplo, desarrollando una batería de metal líquido.
Instalaciones de investigación
El HZDR opera múltiples instalaciones de investigación:
ELBE es un centro de fuentes de radiación de alta potencia y la instalación de investigación más grande del HZDR. Incluye un acelerador lineal de electrones superconductor para haces con alta brillantez y baja emitancia (ELBE) y dos FEL para los espectros de infrarrojo medio y lejano. Además, el haz de electrones proporciona otros múltiples haces secundarios ( rayos X cuasi monocromáticos , radiación de frenado polarizada, haces de neutrones pulsados y positrones monoenergéticos pulsados ). [3]
La fuente de aceleración láser de alta potencia Dresden Laser Acceleration Source (DRACO), [4] un láser de titanio:zafiro, alcanza una potencia de 1 PW mediante amplificación de pulsos chirped y se utiliza para acelerar protones y electrones a altas energías mediante aceleración de plasma láser. DRACO es parte del Centro ELBE para fuentes de radiación de alta potencia del HZDR.
Con PEnELOPE se está construyendo otro sistema láser con energías de petavatios. Se trata de una fuente láser de pulso corto en el rango de los petavatios, bombeada por láseres de diodo. En particular, se pretende que permita la aceleración asistida por láser de protones para aplicaciones médicas. El objetivo final es sustituir los grandes aceleradores de partículas necesarios hoy en día para la terapia del cáncer con haces de protones por instalaciones mucho más compactas. [5]
El Laboratorio de Altos Campos Magnéticos de Dresde (Hochfeld-Magnetlabor Dresden, HLD) se encuentra justo al lado del ELBE para poder realizar experimentos combinados. Aquí se generan campos magnéticos pulsantes especialmente fuertes. Aquí se encuentran disponibles campos magnéticos de hasta 100 teslas para la investigación de materiales. Las bobinas, que también se desarrollaron en el lugar, pueden generar campos de 95 teslas durante fracciones de segundo (a fecha de mayo de 2017). Las bobinas se enfrían a unos -200 °C con nitrógeno líquido y una corriente de varias decenas de miles de amperios fluye a través de ellas durante un breve tiempo. Para ello se utiliza un banco de condensadores (fig.). En el HLD también se investigan las propiedades mecánicas cuánticas fundamentales del magnetismo y se desarrollan nuevos componentes como los superconductores de alta temperatura. El HLD es una instalación de usuario y socio del proyecto de la UE European Magnetic Field Laboratory (EMFL), un consorcio cuyo objetivo es unir y coordinar los laboratorios europeos de altos campos magnéticos existentes.
La línea de luz internacional Helmholtz para campos extremos (HIBEF) [6] fue creada por el HZDR junto con el Sincrotrón Electrónico Alemán (DESY) en el XFEL europeo de láseres de rayos X en Hamburgo . HIBEF combina la radiación de rayos X del XFEL europeo con dos superláseres, una potente bobina magnética y una plataforma para la investigación con células de sello de diamante. De esta manera, el comportamiento de la materia bajo la influencia de presiones, temperaturas y campos magnéticos excepcionalmente altos se puede estudiar con una precisión sin precedentes. [7]
El Ion Beam Center (IBC) [8] ofrece la posibilidad de bombardear selectivamente muestras con átomos cargados de diversos elementos químicos ligeros y pesados procedentes de diferentes fuentes. Estas fuentes de plasma e iones generan iones de todo tipo a energías entre 10 eV y 50 MeV. Varias máquinas pueden acelerar los proyectiles a diferentes energías, lo que permite controlar su efecto sobre la muestra. Dependiendo del elemento y la energía, estos haces de iones son adecuados para investigar o modificar selectivamente muestras. Estas máquinas se utilizan principalmente para el desarrollo de pequeños componentes electrónicos, sistemas de semiconductores en capas como en las células solares o materiales ópticos como las superficies transparentes pero conductoras de las pantallas modernas. El IBC está financiado como instalación para usuarios por la UE.
ROBL, la línea de luz Rossendorf del ESRF en Grenoble (Francia), comprende dos instalaciones para experimentos radioquímicos. [9]
El Centro PET [10] funciona en colaboración con la Universidad Técnica de Dresde y el Hospital Universitario de Dresde. Los investigadores desarrollan métodos de imagen para el diagnóstico del cáncer, así como nuevos enfoques para el tratamiento del cáncer. Juntos, estas instituciones también gestionan el Centro Nacional de Investigación Radiológica en Oncología – OncoRay.
La instalación de pruebas termohidráulicas TOPFLOW investiga fenómenos estacionarios y transitorios en flujos bifásicos y desarrolla modelos derivados de códigos de dinámica de fluidos computacional (CFD). [11]
La instalación de sodio de DREsden para estudios termohidráulicos y de dinamo (DRESDYN) está concebida como plataforma tanto para experimentos a gran escala relacionados con la geofísica y la astrofísica como para experimentos relacionados con aspectos termohidráulicos y de seguridad de baterías de metal líquido y reactores rápidos de metal líquido. Sus proyectos más ambiciosos son un dinamo hidromagnético homogéneo impulsado únicamente por precesión y un gran experimento de tipo Taylor-Couette para la investigación combinada de la inestabilidad magnetorrotacional y la inestabilidad de Tayler. [12]
Departamentos
El HZDR está compuesto por ocho institutos: [13]
Instituto de Física de Haces de Iones e Investigación de Materiales
Instituto de Investigación del Cáncer con Radiofármacos
Instituto de Radiooncología – OncoRay
Instituto de Ecología de Recursos
Instituto Helmholtz de Tecnología de Recursos de Freiberg, en colaboración con la TU Bergakademie Freiberg.
Además, existen departamentos de investigación que cubren focos de investigación específicos como unidades independientes: CASUS (Centro para la Comprensión de Sistemas Avanzados) como instituto en formación y el Departamento de Física Teórica.
Todos los institutos y departamentos de investigación reciben apoyo científico y técnico a través de dos departamentos centrales:
Departamento Central de Investigación Tecnológica, para el desarrollo y montaje de instalaciones de investigación y experimentos.
Departamento Central de Servicios de Información y Computación, para la infraestructura informática de todos los sitios del HZDR.
Colaboraciones
El HZDR está conectado a nivel nacional e internacional con otras instituciones y organizado en varias alianzas de investigación.
El HZDR emplea a unos 1.400 trabajadores, que trabajan en seis centros de investigación. [1] La sede está en Dresde.
Transferencia de tecnología
La empresa HZDR Innovation GmbH [23] ofrece servicios industriales aprovechando los conocimientos y las infraestructuras de HZDR en materia de implantación de iones. Esta tecnología se utiliza para dopar superficies de materiales con átomos extraños o para producir defectos en semiconductores. También se utiliza para crear materiales con características específicas, como la resistencia a la oxidación, que es importante para la construcción ligera en la aviación o en la automoción, o la biocompatibilidad para implantes médicos . Los productos de HZDR Innovation que ya se han comercializado incluyen un sensor de rejilla e instrumentos de medición para analizar flujos multifásicos.
Estudiantes y jóvenes científicos
Allí trabajan unos 170 doctorandos. El HZDR ha creado grupos de investigación junior para formar a jóvenes científicos excelentes, cuyos temas a partir de 2021 son: [24]
Química física de los condensados biomoleculares
Las burbujas van con los flujos turbulentos.
Dinámica impulsada por terahercios en superficies e interfaces
Inteligencia artificial para la ciencia fotónica del futuro
Modelado avanzado de flujos multifásicos
Seguridad nano
Colección biológica
Aceleración de partículas láser orientada a aplicaciones
Otro grupo de investigación junior recibe financiación especial de la Asociación Helmholtz: [25]
Métodos de rayos X ultrarrápidos para la astrofísica de laboratorio
ARRIBA: Hacia la parte inferior de la tabla periódica
El HZDR opera una Escuela Internacional de Investigación Helmholtz para Redes Nanoelectrónicas (NANONET) [26] así como un Programa de Verano para Estudiantes. [27]
Notas
^ abc Datos y datos sobre Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
^ "Pressemitteilung vom 22 de junio de 2009: Per Unterschrift besiegelt - das FZD wechselt zur Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (alemán)". HZDR. 22 de mayo de 2009. Archivado desde el original el 18 de julio de 2011 . Consultado el 22 de mayo de 2009 .
^ "Fuente de radiación ELBE". HZDR.
^ "DRACO". HZDR.
^ PENÉLOPE
^ Línea de luz internacional Helmholtz para campos extremos (HIBEF)
^ Descubierto – Revista de investigación HZDR 1/2021: Estados extremos bajo tierra
^ Descripción general del IBC: métodos e instrumentación
^ "Línea de luz Rossendorf en ESRF". HZDR.
^ "Centro PET". HZDR.
^ "TOPFLOW - Instalación de prueba de flujo transitorio de dos fases". HZDR.
^ Stefani, F.; Eckert, S.; Gerbeth, G.; Giesecke, A.; Gundrum, Th.; Steglich, C.; Weier, T.; Wustmann, B. (2012). "DRESDYN - Una nueva instalación para experimentos MHD con sodio líquido". Magnetohydrodynamics . 48 : 103–113. arXiv : 1201.5737 . Código Bibliográfico :2012arXiv1201.5737S. doi :10.22364/mhd.48.1.12.
^ Los institutos del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
^ SALTOS
^ Fondo de reserva de responsabilidad civil de la AISBL
^ DE HECHO
^ Infraestructuras de aceleradores y reactores de investigación para la educación y el aprendizaje
^ fuentesdeluz.org
^ IRRADIAR
^ Buen futuro
^ HESEB - Línea de luz Helmholtz-SESAME en el régimen de rayos X blandos
^ Concepto de DRESDEN
HZDR Innovation GmbH .
^ Grupos de investigación junior en el HZDR
^ Helmholtz-Gemeinschaft: Grupos de jóvenes investigadores de Helmholtz
