Forschungszentrum Jülich

Das Forschungszentrum Jülich GmbH ( FZJ ) ist ein privates Unternehmen innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft mit starker nationaler Förderung. Es betreibt interdisziplinäre Forschung in den Bereichen Energie , Information und Bioökonomie . Das FZJ verfügt über eine breite Forschungsinfrastruktur, darunter Supercomputer , eine Atmosphärensimulationskammer, Elektronenmikroskope , einen Teilchenbeschleuniger und Reinräume für die Nanotechnologie . Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten zählen der Strukturwandel im Braunkohleabbaugebiet Rheinland , Wasserstoff und Quantentechnologien . ^{[ 1 ]} Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft mit rund 6.800 Mitarbeitern in zehn Instituten und 80 Unterinstituten ^{[ 2 ]} ist Jülich eine der größten Forschungseinrichtungen Europas. ^{[ 3 ]}

Das Forschungszentrum Jülich (FZJ) hat seinen Hauptsitz zwischen Aachen , Köln und Düsseldorf am Stadtrand von Jülich in Nordrhein-Westfalen . Das FZJ unterhält 15 Zweigstellen im In- und Ausland, darunter acht Standorte an europäischen und internationalen Neutronen- und Synchrotronstrahlungsquellen , zwei gemeinsame Institute mit der Universität Münster , der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie drei Büros des Projektmanagements Jülich (PtJ) in Bonn , Rostock und Berlin . ^{[ 2 ]} Jülich kooperiert eng mit der RWTH Aachen im Rahmen der Jülich Aachen Research Alliance (JARA). ^{[ 4 ]}

Die Einrichtung wurde am 11. Dezember 1956 vom Land Nordrhein-Westfalen als eingetragener Verein gegründet, bevor sie 1967 in Kernforschungszentrum Jülich umbenannt wurde. 1990 erfolgte die Umbenennung in „Forschungszentrum Jülich GmbH“.

Am 11. Dezember 1956 beschloss der Landtag von Nordrhein-Westfalen die Gründung eines „Zentrums für Kernforschung“. Die Gesellschaft zur Förderung der Kernphysikforschung (GFKF) wurde daraufhin als eingetragener Verein (e. V.) gegründet. Als Gründer gilt Staatssekretär Leo Brandt (Ministerium für Wirtschaft und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen). Mehrere Standorte wurden in Betracht gezogen, die Wahl fiel jedoch auf den Stetternichwald im damaligen Landkreis Jülich. Die Gesellschaft zur Förderung der Kernphysikforschung (GFKF) wurde in Kernforschungszentrum Jülich (kurz KFA) umbenannt. Sieben Jahre später erfolgte die Umwandlung in eine GmbH, und 1990 erhielt das Zentrum den Namen Forschungszentrum Jülich GmbH. Gesellschafter des Forschungszentrums Jülich sind die Bundesrepublik Deutschland (90 %) und das Land Nordrhein-Westfalen (10 %). ^{[ 5 ]}

1958 wurde der Grundstein für die Forschungsreaktoren MERLIN (FRJ-1) und DIDO (FRJ-2) gelegt, die 1962 in Betrieb gingen. Der Forschungsreaktor FRJ-1 wurde 1985 stillgelegt und zwischen 2000 und 2008 vollständig demontiert. Der Forschungsreaktor FRJ-2 war ein Reaktor der DIDO-Klasse und wurde für Neutronenstreuexperimente genutzt. Er wurde von der Zentralen Forschungsreaktoren-Abteilung (ZFR) betrieben. FRJ-2 war die stärkste Neutronenquelle Deutschlands, bis die Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching (FRM II) in Betrieb genommen wurde. FRJ-2 wurde hauptsächlich für Streu- und Spektroskopieexperimente an kondensierter Materie eingesetzt. Es war vom 14. November 1962 bis zum 2. Mai 2006 in Betrieb. Im Jahr 2006 wurde das Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) gegründet, das die Rolle des Forschungszentrums Jülich als nationales Kompetenzzentrum für Neutronenstreuung unterstreicht. Sechs der wichtigsten Instrumente wurden von FRJ-2 nach FRM II verlegt; dort wurden auch neue Instrumente aufgebaut. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

1956 wurde eine Interessengruppe gegründet, um den Bau des AVR-Reaktors vorzubereiten . 1959 ging daraus die „Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH“ (AVR GmbH) hervor – ein Konsortium aus 15 lokalen Stromversorgern unter der Führung der Stadtwerke Düsseldorf als Eigentümer und Betreiber (weitere Partner waren die Stadtwerke von Aachen, Bonn, Bremen, Hagen, Hannover, München und Wuppertal). Ziel war es, die Machbarkeit und Betriebsfähigkeit eines graphitmoderierten, gasgekühlten Hochtemperaturreaktors zur Stromerzeugung nachzuweisen. BBC und Krupp waren für den Bau des AVR-Reaktors verantwortlich, der im August 1961 begann und 1966 abgeschlossen wurde, nachdem das Konsortium im April 1957 den Planungsauftrag und im Februar 1959 den Bauauftrag erhalten hatte. Die Baukosten beliefen sich auf rund 100 Millionen DM.

1967 ging der AVR-Reaktor in Betrieb und speiste Strom in das nationale Stromnetz ein. Am 31. Dezember 1988 wurde er abgeschaltet; während seines Betriebs hatte er die Machbarkeit des Kugelhaufenreaktors unter Beweis gestellt. Karl Strauss erklärte 2016, die Anlage sei „im Allgemeinen problemlos betrieben worden“. Die mittlere Verfügbarkeit lag bei 60,4 %. Der AVR erhielt wissenschaftliche Unterstützung und Betriebskostenzuschüsse vom Kernforschungszentrum Jülich (KFA), war aber formal unabhängig. Ab Mitte der 1980er-Jahre reduzierte das damalige KFA sein Engagement in der Weiterentwicklung des gasgekühlten Hochtemperaturreaktors.

Der AVR-Kugelhaufenreaktor wird bis heute demontiert (siehe Demontage und Entsorgung ). Besonders problematisch erwies sich die starke Kontamination des Reaktorkerns mit radioaktiven Graphitstaubpartikeln. Diese Kontamination wurde durch die Beschichtung der Brennstoffpellets aus Siliciumcarbid und porösem Kohlenstoff verursacht, die unter den hohen Temperaturen im Reaktorkern austrat und radioaktive Spaltprodukte freisetzte. Das Baukonsortium BBC und Krupp hatte die Temperaturen im Reaktorkern um 300 K zu niedrig berechnet. Das FZJ löste das Problem, indem es den Reaktorkern mit Schaumleichtbeton füllte, der die Staubpartikel bindet und den Reaktorkern stabilisiert. Der Sicherheitsforscher Rainer Moormann , der die Öffentlichkeit auf die Graphitstaubkontamination aufmerksam gemacht hatte, wurde 2011 mit dem Whistleblower-Preis ausgezeichnet. Unmittelbar nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima setzten das FZJ und die AVR GmbH eine unabhängige Expertengruppe ein , um die Geschichte des AVR-Reaktors zu untersuchen und insbesondere eine offizielle Stellungnahme zu Moormanns öffentlichen Enthüllungen abzugeben. ^{[ 9 ]}

Quelle: ^{[ 10 ]}

Neben der Forschung in Kernphysik und Kernenergie begann die Forschungsstelle für Atomenergie (FZJ) kurz nach ihrer Gründung mit der Bearbeitung neuer, nicht-nuklearer Themen und Projekte, wie etwa Umweltforschung und Bodenforschung für die Landwirtschaft. Eines der ersten gegründeten Institute war das Institut für Biologie (Abteilung Botanik) am 1. Mai 1961. ^{[ 11 ]} Im Herbst desselben Jahres wurde das Zentrale Institut für Angewandte Mathematik (ZAM) gegründet, das ein mathematisches Institut mit einem Rechenzentrum verband – eine für die damalige Zeit ungewöhnliche Kombination. ^{[ 12 ]} Die Forschung im Bereich der heutigen Neurowissenschaften begann 1964 mit der Gründung des Instituts für Nuklearmedizin , in dessen Rahmen Radiotracer entwickelt und in bildgebenden Verfahren eingesetzt wurden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag im Verständnis fester Zustände als Grundlage für die Untersuchung und Modifizierung von Materialeigenschaften, beispielsweise für neue Materialien in der Energieforschung. 1970 wurde das Institut für Festkörperforschung gegründet. ^{[ 13 ]}

In den folgenden Jahrzehnten erweiterte Jülich sein Forschungsspektrum um Lebenswissenschaften, Energie- und Umweltforschung, Materialwissenschaften und Informationstechnologien. Das Institut für Biotechnologie wurde 1977 gegründet. 1981 nahm die Großanlage TEXTOR ihren Betrieb auf. ^{[ 14 ]} Sie war Jülichs Fusionsexperiment zur Erforschung der Kernfusionsreaktortechnologie im Bereich der Plasma-Wand-Wechselwirkung. Die Anlage wurde Ende 2013 stillgelegt. ^{[ 15 ]} 1993 ging der Teilchenbeschleuniger COSY in Betrieb. 1984 wurde der Supercomputer CRAY X-MP, einer der schnellsten Computer der Welt, an der ZAM eingeweiht. ZAM spielte eine entscheidende Rolle bei der Gründung des ersten nationalen Supercomputing-Zentrums (HLRZ) im Jahr 1987. Im Jahr 2007 wurde ZAM zum Jülich Supercomputing Centre (JSC), das heute den leistungsstarken Supercomputer JUWELS betreibt und ihn europäischen Forschern zur Verfügung stellt. ^{[ 16 ]}

Die neue wissenschaftliche Ausrichtung führte zu einer Namensänderung, und 1990 entstand das Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ). Das Forschungszentrum Jülich ist Gründungsmitglied der damaligen Vereinigung Nationaler Forschungszentren (AGF, 1970), die 1995 zur Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren wurde. ^{[ 17 ]} Im Jahr 2004 wurde das Ernst-Ruska-Zentrum für Elektronenmikroskopie gegründet. Es ist mit Transmissionselektronenmikroskopen ausgestattet . Boden- und Umweltforschung wurden mit der Klimaforschung verknüpft. 2001 wurde die Atmosphärensimulationskammer SAPHIR eingeweiht, gefolgt von der Versuchsanlage PhyTec für Pflanzen im Jahr 2014. Die Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen wurde 2007 durch die Gründung der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) gefestigt. ^{[ 18 ]} Im Jahr 2011 gründete das Forschungszentrum Jülich in Partnerschaft mit den Universitäten Aachen, Bonn, Köln und Düsseldorf das Bioeconomy Science Center (BioSc) als wissenschaftliches Exzellenzzentrum für nachhaltige Bioökonomie. ^{[ 19 ]} Das Forschungszentrum Jülich arbeitet zudem eng mit den Universitäten Bonn, Köln und Aachen im Rahmen des Geoverbundes ABC/J zusammen. ^{[ 20 ]} Ebenfalls im Jahr 2011 wurde am Forschungszentrum Jülich das ESS-Kompetenzzentrum eingerichtet. Es koordiniert die deutschen Beiträge zur Europäischen Spallationsquelle (ESS) in Lund, Schweden. ^{[ 21 ]}

Das Forschungszentrum Jülich ist eine Gesellschaft mit beschränkter Haftung (GmbH) mit folgenden Organen: Gesellschafterversammlung, Aufsichtsrat und Vorstand. Die Gesellschafterversammlung setzt sich aus Vertretern des Bundes und des Landes Nordrhein-Westfalen zusammen. Vorsitzender des Vorstands ist Wolfgang Marquardt, der dieses Amt seit dem 1. Juli 2014 innehat. Weitere Mitglieder des Vorstands sind – Stand Oktober 2021 – Karsten Beneke (stellvertretender Vorsitzender seit 2011), Astrid Lambrecht (seit 2021) und Frauke Melchior (seit 2021). Zu den Gremien des Forschungszentrums Jülich gehören der Wissenschaftliche Beirat und der Wissenschaftlich-Technische Rat (WTR). ^{[ 22 ]}

Das Jahresbudget des Forschungszentrums Jülich betrug im Jahr 2022 rund 948 Millionen Euro. Davon stammten 48 % aus institutionellen Mitteln der Bundesregierung und des Landes Nordrhein-Westfalen und 52 % aus Drittmitteln. Die Drittmittel umfassen internationale (EU) und nationale (Bund und Länder, DFG und andere) Projektmittel, Forschungs- und Entwicklungs- sowie Infrastrukturdienstleistungen (Aufträge) sowie das Projektmanagement im Auftrag der Bundesrepublik Deutschland und des Landes Nordrhein-Westfalen. ^{[ 23 ]}

Das Forschungszentrum Jülich (FZJ) beschäftigt 6.796 Mitarbeiter (Stand: Dezember 2020). Knapp 2.700 davon sind Wissenschaftler, darunter 850 promovierte Forscher. Die Wissenschaftler arbeiten in den Natur-, Lebens- und Ingenieurwissenschaften mit den Schwerpunkten Information, Energie und Bioökonomie. Rund 867 Personen sind in der Verwaltung und im Servicebereich tätig, 1.380 im Projektmanagement Jülich und 500 im technischen Bereich. Das FZJ bietet zudem über 300 Praktikanten und Studierenden in 23 verschiedenen Berufsfeldern Ausbildungsmöglichkeiten. Im Jahr 2020 forschten 672 Gastwissenschaftler aus 62 Ländern in Jülich. ^{[ 24 ]}

Am 10. Dezember 2007 wurde Peter Grünberg vom Forschungszentrum Jülich gemeinsam mit Albert Fert von der Universität Paris-Sud mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet . Die beiden Wissenschaftler wurden für die Entdeckung des Riesenmagnetowiderstands geehrt , die sie unabhängig voneinander gemacht hatten. ^{[ 25 ]} Dies war der erste Nobelpreis für einen Mitarbeiter des Forschungszentrums Jülich oder der Helmholtz-Gemeinschaft . 1998 erhielt Peter Grünberg den Deutschen Zukunftspreis, und 2007 wurden er und Albert Fert gemeinsam mit dem Japanischen Preis sowie dem Israelischen Wolf-Preis für Physik ausgezeichnet. ^{[ 26 ]} Der Wolf-Preis für Physik wurde 2011 auch an Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich, Maximilian Haider von der CEOS GmbH Heidelberg und Harald Rose von der Technischen Universität Darmstadt für ihren Durchbruch in der Elektronenmikroskopie verliehen. Für dieselbe Entdeckung erhielten sie 2008 auch den Japanischen Honda-Preis. Im Jahr 2002 gewannen Maria-Regina Kula und Martina Pohl den Deutschen Zukunftspreis für die Entwicklung biologischer Katalysatoren. ^{[ 27 ]}

Im Jahr 2020 absolvierten über 300 Personen eine Ausbildung in 23 verschiedenen Berufen am Forschungszentrum Jülich. In Kooperation mit der RWTH Aachen und der RWTH Aachen bietet das FZJ auch duale Ausbildungen an. Nach erfolgreichem Abschluss erhalten die Auszubildenden einen sechsmonatigen Arbeitsvertrag in ihrem gewählten Beruf. Seit der Gründung des Forschungszentrums Jülich haben über 5.000 Auszubildende ihre Ausbildung in mehr als 25 verschiedenen Berufen abgeschlossen. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

In einem gemeinsamen Verfahren mit dem Land Nordrhein-Westfalen werden die Institutsdirektoren des Forschungszentrums Jülich gemäß dem „Jülicher Modell“ zu Professoren an einer der benachbarten Universitäten (z. B. Aachen, Bonn, Köln, Düsseldorf, Bochum, Duisburg-Essen, Münster) berufen. In Kooperation mit den Universitäten werden Graduierten- und Forschungsschulen eingerichtet (z. B. die Internationale Helmholtz-Forschungsschule für Biophysik und Weiche Materie mit den Universitäten Köln und Düsseldorf). Ziel ist es, die interdisziplinäre wissenschaftliche Ausbildung von Doktoranden zu fördern und zu unterstützen. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

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

Wissenschaftler im Forschungsbereich Information untersuchen die Informationsverarbeitung in biologischen und technischen Systemen. Sie arbeiten an Simulationen und Datenwissenschaften im Bereich des Hochleistungsrechnens (HPC) bzw. Supercomputings , an der Hirnforschung sowie an bioelektronischen und nanoelektronischen Informationstechnologien mit dem Ziel, Erkenntnisse der biologischen Informationsverarbeitung auf technische Systeme zu übertragen. Im Bereich Supercomputing entwickelt und betreibt Jülich eigene Supercomputer (siehe Abschnitt Forschungsinfrastrukturen), die für Simulationsberechnungen genutzt werden können. Auch die Hirnforschung greift auf diese Einrichtungen zurück. Die Hirnforschung in Jülich zielt darauf ab, die molekulare und strukturelle Organisation des Gehirns zu entschlüsseln, um Krankheiten wie Alzheimer besser zu verstehen . Die Forschung erfolgt in Kooperation mit den benachbarten Universitätskliniken in Bonn, Köln, Aachen und Düsseldorf. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Die Forschung im Bereich der Quantentechnologien ist eng mit dem Forschungsgebiet der Informationswissenschaft verbunden. Dazu gehört die Arbeit an Quantencomputern , deren Komponenten, Konzepte und Prototypen in Jülich entwickelt werden. ^{[ 34 ]} Das Forschungszentrum Jülich kooperierte mit Google bei der Entwicklung des Quantencomputers Sycamore und wird im Rahmen des Projekts OpenSuperQ den ersten universellen Quantencomputer Europas beherbergen. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

Die Forschung in Jülich zielt auf ein Energiesystem auf Basis erneuerbarer Energien ab. Dieses Forschungsfeld wird primär vom Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) abgedeckt. Das IEK verfügt über 14 Unterinstitute, die in Zusammenarbeit mit anderen Instituten verschiedene Aufgaben bearbeiten. ^{[ 38 ]} Zu seinen Forschungsschwerpunkten zählen Photovoltaik , Brennstoffzellen und Wasserstoff als Energieträger, ^{[ 39 ]} die Forschung an Batterien und neuen Energiespeichermethoden sowie Verfahren zur Steigerung der Effizienz fossiler Energieträger . Im Hinblick auf die Machbarkeit der Energiewende erforscht und modelliert das Forschungszentrum Jülich Energiesysteme. ^{[ 40 ]} Mit seiner Materialforschung ist das Institut auch an der Entwicklung von Kernfusionsreaktoren (wie ITER und Wendelstein 7-X) beteiligt. ^{[ 41 ]} Im Bereich der Energiegewinnung durch Kernspaltung (Atomenergie) forscht das Forschungszentrum Jülich derzeit ausschließlich zur Endlagerung radioaktiver Abfälle. ^{[ 42 ]} Zwei Unterinstitute des IEK beschäftigen sich mit Atmosphären- und Klimaforschung und konzentrieren sich dabei auf die Wechselwirkungen zwischen menschlichen Aktivitäten, Luftqualität und Klima sowie auf die Verbesserung von Klima- und Atmosphärenmodellen in Zusammenarbeit mit dem Jülich Supercomputing Centre. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Das Forschungszentrum J (FZJ) mit 265 Vollzeitstellen (Stand 2019) verfügt über den größten Standort für die Erforschung von Wasserstofftechnologien innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Forschung konzentriert sich auf die Produktion, Umwandlung und Speicherung von Wasserstoff (z. B. in flüssigen Medien, flüssigen organischen Wasserstoffträgern) sowie auf die Infrastruktur einer Wasserstoffwirtschaft . ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Die Bioökonomie ist ein Wirtschaftssystem, das auf der nachhaltigen Nutzung biologischer Ressourcen wie Pflanzen , Tieren und Mikroorganismen basiert . Aufgrund der endlichen Erdölreserven, auf denen viele Industrie- und Alltagsprodukte beruhen, des anthropogenen Klimawandels und des anhaltenden Bevölkerungswachstums wird eine Bioökonomie als notwendig erachtet. Im Bereich der nachhaltigen Bioökonomie konzentriert sich das FZJ auf den Übergang von einer erdölbasierten Wirtschaft zu einer Bioökonomie. ^{[ 47 ]} Diese Forschung wird im Bereich der Biotechnologie durchgeführt , um mithilfe erneuerbarer Rohstoffe biotechnologisch industriell oder pharmazeutisch relevante Basismaterialien herzustellen. Die Pflanzenforschung konzentriert sich auf die Optimierung des Ernteertrags und die Verwendbarkeit von Pflanzen als Brennstoffe. Der dritte Forschungsschwerpunkt des FZJ liegt auf chemischen und physikalischen Prozessen im Boden. ^{[ 48 ]}

Die Braunkohleregion Rheinland, in der das Forschungszentrum FZJ ansässig ist, durchläuft aufgrund des Kohleausstiegs einen tiefgreifenden Strukturwandel. Die nordrhein-westfälische Landesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, die Region zu einer europäischen Modellregion für Energieversorgung und Ressourcensicherheit zu entwickeln. ^{[ 49 ]} Mit seinen Forschungsprojekten wird das FZJ die erfolgreiche Transformation des Rheinlands unterstützen. Zu diesen Projekten zählen die Züchtung neuer Pflanzenarten, nachhaltige Landwirtschaft und die Wasserstoffwirtschaft sowie Kooperationen zwischen Informationstechnologie und Industrie, beispielsweise im Bereich der künstlichen Intelligenz oder der Datenanalyse. Ziel ist es, einen Standortvorteil für innovative Unternehmen zu schaffen. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

Das Forschungszentrum Jülich betreibt zahlreiche Forschungsinfrastrukturen ^{[ 52 ]} , die internen und externen Nutzern zur Verfügung stehen. Das FZJ koordiniert und beteiligt sich an mehreren Forschungsinfrastrukturen im Rahmen der ESFRI-Roadmap, die strategisch wichtige Einrichtungen und Plattformen in der EU identifiziert. Beispiele hierfür sind die neurowissenschaftliche digitale Plattform EBRAINS ^{[ 53 , 54 ] ,} das EMPHASIS-Projekt zur Pflanzenphänotypisierung ^{[ 55 ]} , die Koordination des europäischen Supercomputernetzwerks PRACE ^{[ 56 ]} und die IAGOS-Kooperation zur Erforschung der Erdatmosphäre mithilfe von Instrumenten an Bord von Verkehrsflugzeugen. ^{[ 57 ]} Das Ernst-Ruska-Zentrum 2.0 für ultrahochauflösende Elektronenmikroskopie und der deutsche Beitrag zur Europäischen Forschungsinfrastruktur für Aerosole, Wolken und Spurengase (ACTRIS-D) ^{[ 58 ]} sind seit 2019 Teil der Nationalen Roadmap Deutschlands. In dieser Roadmap priorisiert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Infrastrukturprojekte, die strategisch und forschungspolitisch wichtig sind.

Die Helmholtz Nano Facility (HNF) verfügt über einen großen (1.100 m² ⁾ Reinraum der ISO-Klassen 1–3. Die HNF ist eine zentrale Technologieplattform für die Herstellung von Nanostrukturen und Schaltkreisen innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Forschungsschwerpunkte der HNF liegen auf grünen Mikrochips/Mikrocomputern, Quantencomputing, neuromorphem Computing, Bioelektronik und Mikrofluidik. ^{[ 59 ]}

Das Ernst-Ruska-Zentrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C) wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als nationale Forschungsinfrastruktur für hochauflösende Elektronenmikroskopie ausgewählt. Die elektronenoptischen Instrumente des ER-C stehen auch externen Wissenschaftlern und Unternehmen zur Verfügung. Sie ermöglichen die Untersuchung von Strukturen auf atomarer und molekularer Ebene. Das PICO-Elektronenmikroskop eignet sich für diese Arbeit, da es die Linsenfehler der sphärischen und chromatischen Aberration korrigieren kann. ^{[ 60 ]}

In der 20 Meter langen SAPHIR-Kammer (Simulation of Atmospheric PHotochemistry In a large Reaction Chamber) erforscht das Institut für Energie- und Klimaforschung – Troposphäre (IEK-8) photochemische Reaktionen in der Erdatmosphäre .

Das Jülich Plant Phenotyping Center (JPPC) ist eine international führende Einrichtung für die Entwicklung und Anwendung nicht-invasiver Techniken zur Quantifizierung der Struktur und Funktion von Pflanzen. Am JPPC werden Technologien entwickelt und Pflanzenmerkmale auf mechanistischer Ebene unter Hochdurchsatz- und Feldbedingungen analysiert. ^{[ 62 ]}

Das Jülich Supercomputing Centre (JSC) am Forschungszentrum Jülich betreibt Supercomputer der höchsten Leistungsklasse und ging aus dem ersten deutschen Hochleistungsrechenzentrum (HLRZ) hervor, das 1987 in Jülich gegründet wurde. Im Jahr 2003 wurde neben dem JSC eine 1000 m² große ^{Maschinenhalle} für die Supercomputer errichtet. Das JSC schloss sich mit dem Hochleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) und dem Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München zum Gauss Centre for Supercomputing (GCS) zusammen, das die drei leistungsstärksten Rechenzentren unter einem Dach vereint. ^{[ 63 ]} Darüber hinaus koordiniert das JSC die Entwicklung des europäischen Supercomputernetzwerks PRACE. Geleitet wird das JSC vom Physiker und Informatiker Thomas Lippert. ^{[ 64 ] [ 65 ]}

Der Supercomputer JURECA löste 2015 JUROPA ab und wurde 2017 um ein GPU-basiertes Booster-Modul erweitert. Damit war JURECA der weltweit erste Supercomputer mit modularer Architektur, der produktiv in Betrieb genommen wurde. Mit einer Rechenleistung von 3,78 Petaflops belegte das System im November 2017 Platz 29 der TOP500-Liste. Zwischen Herbst 2020 und Anfang 2021 wurde das JURECA-Cluster-Modul durch das JURECA-DC-Modul ersetzt, das für die Verarbeitung großer Datenmengen ausgelegt ist und die Spitzenleistung des Systems auf 23,5 Petaflops steigerte. ^{[ 66 ]}

Der Supercomputer JUWELS (Jülich Wizard for European Leadership Science) wurde 2018 in Betrieb genommen und 2020 um ein GPU-basiertes Booster-Modul erweitert. Der kombinierte Cluster und das Booster-Modul erreichen eine theoretische Spitzenleistung von 85 Billiarden Gleitkommaoperationen pro Sekunde (85 Petaflops/s). Damit war JUWELS der leistungsstärkste Supercomputer Europas und der siebtleistungsstärkste weltweit, als das Booster-Modul im November 2020 in der TOP500- Liste auftauchte. ^{[ 67 ]} Darüber hinaus war das JUWELS-Booster-Modul bei seiner Einführung das energieeffizienteste System unter den zehn leistungsstärksten Computern der Welt.

Im Rahmen des EuroHPC JU wird das Jülich Supercomputing Centre den Supercomputer JUPITER (Joint Undertaking Pioneer for Innovative and Transformative Exascale Research) beherbergen , der der erste Exascale- Supercomputer Europas sein soll. Die Installation des Rechners ist für 2024 geplant, und er soll die Schwelle von einer Trillion („1“ gefolgt von 18 Nullen) Berechnungen pro Sekunde deutlich überschreiten. ^{[ 68 ]}

Das Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM) entwickelt und wendet bildgebende Verfahren mittels MRT und PET für klinische Anwendungen sowie zur Erforschung neurologischer, neuropsychologischer und psychologischer Fragestellungen an. Zur Ausstattung des INM gehören ein kombinierter 3-Tesla- und 9,4-Tesla-MRT-PET-Tomograph sowie ein 7-Tesla-, ein 4-Tesla- und ein 3-Tesla-MRT-System. ^{[ 69 ]}

Das Forschungszentrum Jülich ist ein nationales Kompetenzzentrum für Neutronenstreuung . ^{[ 70 ]} Das Jülich Centre for Neutron Science (JCNS), das Instrumente an verschiedenen Neutronenquellen weltweit betreibt, wurde 2006 gegründet – wenige Monate vor der Stilllegung der ursprünglichen Neutronenquelle (des Jülicher Forschungsreaktors FRJ-2). Sechs der wichtigsten Instrumente wurden von FRJ-2 nach FRM II verlegt; dort wurden auch neue Instrumente aufgebaut. Darüber hinaus unterhält das JCNS Zweigstellen am Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble und an der Spallationsneutronenquelle (SNS) in Oak Ridge . ^{[ 2 ]} Das JCNS plant außerdem, Instrumente an der Europäischen Spallationsquelle (ESS), die derzeit in Lund, Schweden, gebaut wird, sowie an zukünftigen hochbrillanten, beschleunigergetriebenen Neutronenquellen zu betreiben. Die Instrumente werden einer breiten Nutzergruppe zur Verfügung gestellt, beispielsweise für die Forschung an Energiematerialien und Wirkstoffen für Medikamente oder zur Analyse von Proteinstrukturen und magnetischen Materialien. ^{[ 71 ]}

EBRAINS ist eine digitale, europäische Forschungsinfrastruktur, die im Rahmen des EU-geförderten Human Brain Project (HBP) entstanden ist. Das Forschungszentrum Jülich unterstützt die Infrastruktur durch die Bereitstellung von Rechenkapazitäten für Simulationen und Big-Data-Analysen. Ziel ist es, die Hirnforschung voranzutreiben und wissenschaftliche Erkenntnisse auf diesem Gebiet für Innovationen in Informatik, Medizin und Industrie zu nutzen, die vom Gehirn inspiriert sind. ^{[ 53 ]}

Die Europäische Infrastruktur für multiskalige Pflanzenphänomik und Simulation für Ernährungssicherheit im Klimawandel (EMPHASIS) ist eine europaweite, verteilte Infrastruktur zur Pflanzenphänotypisierung. Ziel dieser EU-Plattform, die vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird, ist die Analyse und Quantifizierung der äußeren Merkmale von Pflanzen (des „Phänotyps“), wie beispielsweise der Wurzelarchitektur oder der Blattanzahl. EMPHASIS integriert Informationssysteme mit der Datenerfassung mittels mathematischer Modelle und unterstützt Wissenschaftler bei der Analyse von Pflanzen für eine nachhaltige europäische Landwirtschaft in verschiedenen Umgebungen. Ziel ist eine effizientere Pflanzenproduktion im Kontext des Klimawandels. Die EU hat die Entwicklung der Plattform mit 4 Millionen Euro gefördert. ^{[ 55 ]}

Das Zentrum für Biomolekulare NMR ist eine Kooperation zwischen dem Institut für Biologische Informationsverarbeitung – Strukturelle Biochemie am Forschungszentrum Jülich und dem Institut für Physikalische Biologie der HHU Düsseldorf. Es betreibt verschiedene Hochfeld-NMR-Spektrometer für die Flüssig- und Festkörper-NMR-Spektroskopie zur Erforschung biologisch und medizinisch relevanter Proteine, um beispielsweise deren dreidimensionale Struktur mit hoher Auflösung zu bestimmen. Diese Technologie wird auch zur Untersuchung der strukturellen Grundlagen für Affinitäten und Spezifitäten dieser Makromoleküle in Protein-Ligand-Wechselwirkungen eingesetzt. ^{[ 72 ]}

Das Zentrum für Biomolekulare NMR verfügt über ein 900-MHz-NMR-Spektrometer für die Flüssigphasen-NMR-Spektroskopie, ein 800-MHz-NMR-Spektrometer für die Flüssig- und Festkörper-NMR-Spektroskopie, ein 700-MHz-Gerät für die Flüssigphasen-NMR, zwei 600-MHz-Geräte für die Flüssigphasen-NMR sowie ein weiteres 600-MHz-NMR-Spektrometer für die Festkörper-NMR-Spektroskopie. Ein neuartiges 600-MHz-Festkörper-NMR-Gerät mit DNP-Verstärkung wurde 2014 installiert.

Das Membranzentrum am Forschungszentrum Jülich (ca. 1550 m² ⁾ bietet eine Forschungsinfrastruktur für die Entwicklung von Membransystemen und deckt das gesamte Leistungsspektrum ab – von der Herstellung der benötigten Materialien und deren Charakterisierung mittels analytischer Instrumente bis hin zur Prüfung von Modulen und Komponenten. Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuartiger Membransysteme für die Energietechnik, um Treibhausgase aus Abgasen abzutrennen und die Grundlage für neuartige Brennstoffzellen und Festkörperbatterien zu schaffen. ^{[ 73 ]}

Das Forschungszentrum Jülich verfügt über einen 124 Meter hohen Gittermast aus Stahl für meteorologische Messungen. Er ist mit Plattformen in 10 m, 20 m, 30 m, 50 m, 80 m, 100 m und 120 m Höhe ausgestattet, auf denen Messgeräte positioniert sind. Der Messmast wurde 1963/64 errichtet und ist eine dreieckige Stahlrahmenkonstruktion.

Der massiv parallele Supercomputer IBM p690 Cluster Jump wurde Anfang 2004 in Betrieb genommen. Mit 1.312 Power4+ 2C 1,7-GHz-Prozessoren (41 Knoten mit je 32 Prozessoren) und einem internen Speicher von 5 Terabyte (128 Gigabyte pro Knoten) erreichte der Computer eine maximale Leistung von 5,6 Teraflops. Zum Zeitpunkt seiner Inbetriebnahme belegte er Platz 30 der leistungsstärksten Computer der Welt. Die Knoten waren über einen Hochleistungsswitch (HPS) miteinander verbunden. Über ein global paralleles Datensystem hatten Anwendungen Zugriff auf mehr als 60 Terabyte Speicherplatz und ein integriertes Bandlaufwerk mit einer Kapazität von einem Petabyte. Der IBM p690 Cluster Jump lief unter dem Betriebssystem AIX 5.1. Im Jahr 2008 wurde das System vorübergehend durch den IBM Power6 p6 575 ersetzt, bis JuRoPA seinen Betrieb aufnahm.

JUBL wurde 2006 vorgestellt und gilt als Vorgänger von JUGENE. Es wurde nach der erfolgreichen Installation von JUGENE Mitte 2008 außer Betrieb genommen.

Am 22. Februar 2008 nahm der massiv parallele Supercomputer JUGENE, basierend auf IBMs BlueGene /P-Architektur, seinen Betrieb auf. Zeitweise war er der schnellste Computer Europas und der schnellste zivile Computer der Welt. 2012 wurde er durch JUQUEEN ersetzt .

Am 26. Mai 2009 nahmen die beiden Computer HPC-FF und JuRoPA ihren Betrieb auf. Sie konnten für spezifische Aufgaben miteinander verbunden werden und erreichten gemeinsam mit Linpack eine Leistung von 274,8 Teraflops/s, womit sie weltweit den zehnten Platz belegten. Als Betriebssystem kam SUSE Linux Enterprise Server zum Einsatz. Somit waren 2009 effektiv drei Computer im Einsatz. Beide wurden im Juni 2015 außer Betrieb genommen und durch JURECA ersetzt .

• HPC-FF – Ein von Bull für die Fusionsforschung gebauter Computer mit 1080 Clusterknoten, von denen jeder mit zwei Xeon-Quad-Core-Prozessoren (Xeon X5570, 2,93 GHz) ausgestattet ist.
• JuRoPA wurde von Sun mit 4416 Xeon X5570 Prozessoren (2208 Prozessorknoten) gebaut.

Der Supercomputer JUQUEEN wurde 2012 in Betrieb genommen. Er hat eine Spitzenleistung von 5,9 Petaflops/s und war zum Zeitpunkt seiner Inbetriebnahme Europas schnellster Supercomputer.

Der COSY ^{[ 74 ]} Cooler Synchrotron war ein Teilchenbeschleuniger ( Synchrotron ) und Speicherring (Umfang: 184 m) zur Beschleunigung von Protonen und Deuteronen , der vom Institut für Kernphysik (IKP) am FZJ betrieben wurde und bis Oktober 2023 in Betrieb war. ^{[ 75 ] [ 76 ]}

COSY ^{[ 77 ]} zeichnete sich durch Strahlkühlung aus, welche die Abweichung der Teilchen von ihrer vorgegebenen Bahn (auch als thermische Bewegung der Teilchen verstanden) mittels Elektronen- oder stochastischer Kühlung reduzierte. COSY verfügte über zahlreiche experimentelle Anlagen für Studien im Bereich der Hadronenphysik . Zuletzt konzentrierte sich die Forschung auf die Untersuchung des elektrischen Dipolmoments von Protonen, die Erprobung von Komponenten und Methoden für die geplante Anlage zur Antiprotonen- und Ionenforschung sowie auf vorbereitende Experimente zum Aufbau einer beschleunigerbasierten Neutronenquelle. Frühere Kernexperimente wie das magnetische Spektrometer ANKE, das Flugzeitmassenspektrometer TOF und der universelle Detektor WASA , der vom Speicherring CELSIUS der Svedberg Laboratories (TSL) in Uppsala nach COSY verlegt wurde, wurden stillgelegt und größtenteils demontiert. ^{[ 78 ]} Das Synchrotron wurde von Wissenschaftlern deutscher und internationaler Forschungseinrichtungen an internen und externen Targetstationen genutzt. Es handelte sich um eine der Forschungseinrichtungen, die für vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierte Kooperationsforschung genutzt wurden .

Ernst-Ruska-Zentrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C): ^{[ 79 ]}

• Physik nanoskaliger Systeme (ER-C-1/PPGI-5) ^{[ 80 ]}
• Materialwissenschaft und Technologie (ER-C-2) ^{[ 81 ]}
• Strukturbiologie (ER-C-3) ^{[ 81 ]}

Institut für fortgeschrittene Simulation (IAS): ^{[ 82 ]}

• Jülich Supercomputing Centre (JSC)
• Quantentheorie der Materialien (PGI-1/IAS-1)
• Theoretische Physik lebender Materie und Biophysik (IBI-5/IAS-2)
• Theoretische Nanoelektronik (PGI-2/IAS-3)
• Theorie der starken Wechselwirkungen (IAS-4/IKP-3)
• Computergestützte Biomedizin (IAS-5/INM-9)
• Theoretische Neurowissenschaften (IAS-6/INM-6)
• Forschung zur zivilen Sicherheit (IAS-7)
• Datenanalyse und maschinelles Lernen (IAS-8)
• Materialdatenwissenschaft und Informatik (IAS-9)

Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG): ^{[ 83 ]}

• Biotechnologie (IBG-1)
• Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
• Agrosphere (IBG-3)
• Bioinformatik (IBG-4)

Institut für Biologische Informationsverarbeitung (IBI): ^{[ 84 ]}

• Molekulare und zelluläre Physiologie (IBI-1)
• Mechanobiologie (IBI-2)
• Bioelektronik (IBI-3)
• Biomakromolekulare Systeme und Prozesse (IBI-4)
• Theoretische Physik lebender Materie und Biophysik (IBI-5/IAS-2)
• Zelluläre Strukturbiologie (IBI-6)
• Strukturelle Biochemie (IBI-7)
• Neutronenstreuung und biologische Materie (JCNS-1/IBI-8)
• Technischer Service und Verwaltung (IBI-TA)

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK): ^{[ 85 ]}

• Materialherstellung und -verarbeitung (IEK-1)
• Mikrostruktur und Eigenschaften von Werkstoffen (IEK-2)
• Techno-ökonomische Systemanalyse (IEK-3)
• Plasmaphysik (IEK-4)
• Photovoltaik (IEK-5)
• Nukleare Abfallbewirtschaftung und Reaktorsicherheit (IEK-6)
• Stratosphäre (IEK-7)
• Troposphäre (IEK-8)
• Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9)
• Energiesystemtechnik (IEK-10)
• Systemanalyse und Technologiebewertung (IEK-STE)
• Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (IEK-11/HI ERN)
• Helmholtz-Institut Münster (IEK-12/HI MS)
• Theorie und Berechnung von Energiematerialien (IEK-13)
• Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-14)

Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM): ^{[ 86 ]}

• Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1)
• Molekulare Organisation des Gehirns (INM-2)
• Kognitive Neurowissenschaft (INM-3)
• Physik der medizinischen Bildgebung (INM-4)
• Kernchemie (INM-5)
• Computergestützte und Systemneurowissenschaften (INM-6)
• Gehirn und Verhalten (INM-7)
• Ethik der Neurowissenschaften (INM-8)
• Computergestützte Biomedizin (INM-9/IAS-5)
• JARA Institut – Struktur-Funktions-Beziehungen des Gehirns (INM-10)
• JARA Institut für Molekulare Neurowissenschaften und Neurobildgebung (INM-11)

Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) ^{[ 87 ]}

Jülich Zentrum für Neutronenwissenschaft (JCNS): ^{[ 88 ]}

• Neutronenstreuung und biologische Materie (JCNS-1/IBI-8)
• Quantenmaterialien und kollektive Phänomene (JCNS-2/PGI-4)
• Neutronenanalytik für die Energieforschung (JCNS-3)
• Neutronenmethoden (JCNS-4)
• Technischer Service und Verwaltung (PGI-TA/JCNS-TA)

Institut für Kernphysik (IKP): ^{[ 89 ]}

• Experimentelle Hadronenstruktur (IKP-1)
• Experimentelle Hadronendynamik (IKP-2)
• Theorie der starken Wechselwirkungen (IAS-4/IKP-3)
• Großtechnische Kernphysikanlage (IKP-4)

Peter Grünberg Institut (PGI): ^{[ 90 ]}

• Quantentheorie der Materialien (PGI-1/IAS-1)
• Theoretische Nanoelektronik (PGI-2/IAS-3)
• Quanten-Nanowissenschaft (PGI-3)
• Quantenmaterialien und kollektive Phänomene (PGI-4/JCNS-2)
• Mikrostrukturforschung (PGI-5)
• Elektronische Eigenschaften (PGI-6)
• Elektronische Materialien (PGI-7)
• Quantenkontrolle (PGI-8)
• Halbleiter-Nanoelektronik (PGI-9)
• JARA Institut Energieeffiziente Informationstechnologie (PGI-10)
• JARA Institut für Quanteninformation (PGI-11)
• Quantencomputing-Analytik (PGI-12)
• Quantencomputing (PGI-13)
• Neuromorphe Rechenknoten (PGI-14)
• Neuromorphe Software-Ökosysteme (PGI-15)
• Technischer Service und Verwaltung (PGI-TA/JCNS-TA)

Zentralinstitut für Ingenieurwesen, Elektronik und Analytik (ZEA): ^{[ 91 ]}

• Ingenieurwesen und Technologie (ZEA-1)
• Elektronische Systeme (ZEA-2)
• Analytik (ZEA-3)

Das Forschungszentrum Jülich liegt inmitten des Stetternichwaldes in Jülich ( Kreis Düren , Nordrhein-Westfalen) und erstreckt sich über eine Fläche von 2,2 Quadratkilometern. Es befindet sich etwa 4 km südöstlich von Jülich, ca. 30 km nordöstlich von Aachen und 45 km westlich von Köln . Einige Einrichtungen des Forschungszentrums Jülich befinden sich nicht auf dem Campus, sondern etwa 1 km westlich davon auf dem Gelände der ehemaligen Bundesbahn-Instandsetzungswerkstatt (BAW).

Neben den wissenschaftlichen Instituten und den Großanlagen verfügt das Forschungszentrum Jülich über mehrere Infrastrukturabteilungen und zentrale Institute, darunter beispielsweise eine rund um die Uhr besetzte Werkfeuerwehr, die Menschen, Eigentum, Tiere und die Natur im und um das Forschungszentrum Jülich schützt. Ziel der Arbeit des Betriebsärztlichen Dienstes ist die Gewährleistung gesunder Arbeitsbedingungen im Forschungszentrum Jülich. Das Leistungsspektrum reicht von Arbeitsschutz und Gesundheitsschutz über Notfallversorgung bis hin zu psychosozialer Beratung. ^{[ 92 ]}

Auf dem Campus betreibt das Landesinstitut für Arbeitssicherheit (LAfA) Nordrhein-Westfalen eine Sammelstelle für radioaktive Abfälle aus Nordrhein-Westfalen und Niedersachsen. Diese Sammelstelle nimmt radioaktive Abfälle des Forschungszentrums Jülich sowie weitere (schwach radioaktive) Abfälle aus den beiden genannten Bundesländern entgegen.

Seit 1979 verfügt das Forschungszentrum Jülich auch über eine eigene Eisenbahnstrecke für den Gütertransport, die als Sackgasse innerhalb des Campusgeländes verläuft.

50°54′18″N 6°24′43″E / 50,90500°N 6,41194°E / 50.90500; 6.41194