Centro de Investigación Jülich

En 1958 se colocó la primera piedra de los reactores de investigación MERLIN (FRJ-1) y DIDO (FRJ-2), que entraron en funcionamiento en 1962. El reactor de investigación FRJ-1 fue desmantelado en 1985 y completamente desmantelado entre 2000 y 2008. El reactor de investigación FRJ-2 era un reactor de la clase DIDO y se utilizaba para experimentos de dispersión de neutrones. Era operado por la División Central de Reactores de Investigación (ZFR). FRJ-2 fue la fuente de neutrones más potente de Alemania hasta que se puso en funcionamiento la fuente de neutrones de investigación Heinz Maier-Leibnitz en Garching ( FRM II ). FRJ-2 se utilizaba principalmente para realizar experimentos de dispersión y espectroscópicos en materia condensada. Estuvo en funcionamiento desde el 14 de noviembre de 1962 hasta el 2 de mayo de 2006. En 2006, se fundó el Centro Jülich para la Ciencia de Neutrones (JCNS), lo que refleja el papel del Forschungszentrum Jülich como centro nacional de competencia en dispersión de neutrones. Seis de los instrumentos más importantes se trasladaron del FRJ-2 al FRM II; también se ensamblaron nuevos instrumentos allí. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

En 1956, se formó un grupo de interés para preparar la construcción del reactor AVR . En 1959, se convirtió en la "Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH" (AVR GmbH), un consorcio de 15 proveedores locales de electricidad, encabezado por la empresa municipal de servicios públicos de Düsseldorf (Stadtwerke Düsseldorf) como propietaria y operadora (otros socios incluían las empresas municipales de servicios públicos de Aquisgrán, Bonn, Bremen, Hagen, Hannover, Múnich y Wuppertal). El objetivo era demostrar la viabilidad y operatividad de un reactor de alta temperatura, refrigerado por gas y moderado por grafito, para la producción de electricidad. BBC y Krupp fueron responsables de la construcción del reactor AVR, que comenzó en agosto de 1961 y finalizó en 1966, después de que el consorcio recibiera el contrato de diseño en abril de 1957 y el contrato de construcción en febrero de 1959. El coste de la construcción rondó los 100 millones de marcos alemanes.

En 1967, el reactor AVR entró en funcionamiento y comenzó a suministrar electricidad a la red eléctrica nacional. El 31 de diciembre de 1988, el reactor AVR fue clausurado; durante su funcionamiento, había demostrado la viabilidad del reactor de lecho de guijarros. En 2016, Karl Strauss afirmó que "la instalación había funcionado, en general, sin problemas". La disponibilidad media fue del 60,4%. El AVR recibió apoyo científico y subvenciones operativas del Centro de Investigación Nuclear de Jülich (KFA), pero era formalmente independiente. A partir de mediados de la década de 1980, el entonces KFA redujo su compromiso con el desarrollo del reactor de alta temperatura refrigerado por gas.

El reactor de lecho de guijarros AVR aún se encuentra en proceso de desmantelamiento (véase su desmantelamiento y eliminación ). La grave contaminación del núcleo del reactor con partículas de polvo de grafito radiactivo resultó particularmente difícil. Esta contaminación fue causada por el recubrimiento de las pastillas de combustible, compuesto de carburo de silicio y carbono poroso, que se filtró debido a las altas temperaturas en el núcleo del reactor y liberó productos de fisión radiactivos. El consorcio constructor BBC y Krupp había calculado erróneamente que la temperatura en el núcleo del reactor era 300 K inferior. FZJ resolvió el problema rellenando el núcleo del reactor con hormigón ligero espumado, que aglutina las partículas de polvo y estabiliza el núcleo. El investigador de seguridad Rainer Moormann , quien alertó a la opinión pública sobre la contaminación por polvo de grafito, recibió el Premio al Denunciante en 2011. Inmediatamente después del desastre nuclear de Fukushima , FZJ y AVR GmbH establecieron un grupo de expertos independiente para investigar la historia del reactor AVR y, en particular, para emitir una declaración oficial sobre las revelaciones públicas de Moormann. ^{[ 9 ]}

Fuente: ^{[ 10 ]}

Además de la investigación en física nuclear y energía nuclear, poco después de la fundación del FZJ se empezó a trabajar en nuevos temas y proyectos no nucleares, como la investigación ambiental y la investigación de suelos para la agricultura. Uno de los primeros institutos que se fundaron fue el Instituto de Biología (Departamento de Botánica) el 1 de mayo de 1961. ^{[ 11 ]} En otoño de 1961, se estableció el Instituto Central de Matemáticas Aplicadas (ZAM), que combinaba un instituto de matemáticas con un centro de computación, algo inusual en aquel entonces. ^{[ 12 ]} La investigación en lo que hoy se conoce como neurociencia comenzó en 1964 con la fundación del Instituto de Medicina Nuclear y el desarrollo y uso de radiotrazadores en técnicas de imagen. Otra prioridad de investigación fue la comprensión de los estados sólidos como base para la investigación y modificación de las propiedades de los materiales, por ejemplo, para nuevos materiales en la investigación energética. En 1970, se estableció el Instituto de Investigación del Estado Sólido. ^{[ 13 ]}

En las décadas siguientes, Jülich amplió su gama de campos de investigación para incluir ciencias de la vida, investigación energética y ambiental, ciencia de los materiales y tecnologías de la información. El Instituto de Biotecnología se fundó en 1977. En 1981, se puso en funcionamiento la instalación a gran escala TEXTOR. ^{[ 14 ]} Fue el experimento de fusión de Jülich para explorar la tecnología de reactores de fusión nuclear en el campo de la interacción plasma-pared. La instalación se desmanteló a finales de 2013. ^{[ 15 ]} En 1993, el acelerador de partículas COSY entró en funcionamiento. En 1984, se inauguró en ZAM la supercomputadora CRAY X-MP , una de las computadoras más rápidas del mundo. ZAM desempeñó un papel fundamental en la fundación del primer centro nacional de supercomputación (HLRZ) en 1987. En 2007, ZAM se convirtió en el Centro de Supercomputación Jülich (JSC), que hoy opera la potente supercomputadora JUWELS y la pone a disposición de los investigadores europeos. ^{[ 16 ]}

La nueva orientación científica llevó a un cambio de nombre y "Forschungszentrum Jülich GmbH" (FZJ) se creó en 1990. Forschungszentrum Jülich es miembro fundador de la entonces Asociación de Centros Nacionales de Investigación (AGF, 1970), que se convirtió en la Asociación Helmholtz de Centros Alemanes de Investigación en 1995. ^{[ 17 ]} En 2004, se fundó el Centro Ernst Ruska para Microscopía Electrónica. Está equipado con microscopios electrónicos de transmisión . La investigación del suelo y el medio ambiente se interrelacionó con la investigación climática. En 2001, se inauguró la cámara de simulación atmosférica SAPHIR, seguida de la instalación experimental PhyTec para plantas en 2014. La colaboración con la Universidad RWTH Aachen se consolidó en 2007 con el establecimiento de la Alianza de Investigación Jülich Aachen (JARA). ^{[ 18 ]} En 2011, el Forschungszentrum Jülich, en colaboración con las universidades de Aquisgrán, Bonn, Colonia y Düsseldorf, fundó el Bioeconomy Science Center (BioSc) como centro científico de excelencia para la bioeconomía sostenible. ^{[ 19 ]} FZJ también trabaja estrechamente con las universidades de Bonn, Colonia y Aquisgrán dentro del Geoverbund ABC/J. ^{[ 20 ]} En 2011, se estableció el ESS Competence Centre en el Forschungszentrum Jülich. Coordina las contribuciones alemanas a la European Spallation Source (ESS) en Lund, Suecia. ^{[ 21 ]}

El presupuesto anual del Forschungszentrum Jülich fue de aproximadamente 948 millones de euros en 2022. De este total, el 48 % correspondía a financiación institucional del gobierno federal alemán y del estado de Renania del Norte-Westfalia, y el 52 % a financiación externa. La financiación externa comprende financiación internacional (UE) y nacional (gobierno federal y estatal, DFG y otros) para proyectos, servicios de I+D e infraestructura (contratos), así como la gestión de proyectos en nombre de la República Federal de Alemania y del estado federado de Renania del Norte-Westfalia. ^{[ 23 ]}

El Forschungszentrum Jülich cuenta con 6796 empleados (a diciembre de 2020). Casi 2700 de ellos son científicos, de los cuales 850 son investigadores doctorales. Los científicos trabajan en ciencias naturales, biológicas e ingeniería, en los campos de la información, la energía y la bioeconomía. Alrededor de 867 personas trabajan en las áreas de administración y servicios; 1380 trabajan para la Dirección de Proyectos de Jülich; y 500 empleados son técnicos. El FZJ también cuenta con más de 300 aprendices y estudiantes en prácticas en 23 profesiones diferentes. En 2020, 672 científicos visitantes de 62 países realizaron investigaciones en Jülich. ^{[ 24 ]}

El 10 de diciembre de 2007, Peter Grünberg, del Forschungszentrum Jülich, recibió el Premio Nobel de Física junto con Albert Fert, de la Universidad Paris-Sud de Francia. Ambos científicos fueron galardonados por el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante , que habían realizado de forma independiente. ^{[ 25 ]} Este fue el primer Premio Nobel otorgado a un empleado del Forschungszentrum Jülich o de la Asociación Helmholtz . En 1998, Peter Grünberg había recibido el Premio Alemán del Futuro, y en 2007, él y Albert Fert recibieron conjuntamente el Premio de Japón y el Premio Israelí Wolf de Física . ^{[ 26 ]} El Premio Wolf de Física también fue otorgado conjuntamente en 2011 a Knut Urban del Forschungszentrum Jülich, Maximilian Haider de CEOS GmbH, Heidelberg, y Harald Rose de la Universidad Técnica de Darmstadt por su avance en microscopía electrónica. También recibieron el Premio Honda japonés en 2008 por el mismo descubrimiento. En 2002, Maria-Regina Kula y Martina Pohl ganaron el Premio Alemán del Futuro por el desarrollo de catalizadores biológicos. ^{[ 27 ]}

En 2020, más de 300 personas se formaron en 23 profesiones diferentes en el Forschungszentrum Jülich. En colaboración con la Universidad RWTH Aachen y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Aquisgrán , el FZJ también ofrece cursos duales de formación profesional y académica. Tras superar con éxito los exámenes finales, los alumnos reciben un contrato de trabajo de seis meses en la profesión elegida. Desde su fundación, más de 5000 alumnos han completado su formación en más de 25 profesiones diferentes. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

En un procedimiento conjunto con el estado federado de Renania del Norte-Westfalia, los directores del instituto Forschungszentrum Jülich son nombrados profesores en una de las universidades vecinas (por ejemplo, en Aquisgrán, Bonn, Colonia, Düsseldorf, Bochum, Duisburgo-Essen, Münster) de acuerdo con el «modelo Jülich». En cooperación con las universidades, se establecen escuelas de posgrado e investigación (por ejemplo, la Escuela Internacional de Investigación Helmholtz de Biofísica y Materia Blanda con las universidades de Colonia y Düsseldorf). La idea subyacente es apoyar y fomentar la formación científica interdisciplinaria de los estudiantes de doctorado. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

El Forschungszentrum Jülich agrupa sus actividades de investigación en tres áreas estratégicas interdisciplinarias: energía, información y bioeconomía.

La investigación de Jülich está orientada hacia un sistema energético basado en fuentes de energía renovables. Este campo de investigación está cubierto principalmente por el Instituto de Investigación Energética y Climática (IEK). El IEK tiene 14 subinstitutos que se centran en diversas tareas en colaboración con otros institutos. ^{[ 38 ]} Sus prioridades de investigación incluyen la energía fotovoltaica , las pilas de combustible y el hidrógeno como portador de energía, ^{[ 39 ]} la investigación sobre baterías y nuevos métodos de almacenamiento de energía, así como procesos para aumentar la eficiencia de la energía fósil . En el contexto de la viabilidad de la transición energética, el Forschungszentrum Jülich explora y modela sistemas energéticos. ^{[ 40 ]} Con su investigación de materiales, el instituto también participa en el desarrollo de reactores de fusión nuclear (como ITER y Wendelstein 7-X). ^{[ 41 ]} En el campo de la producción de energía a través de la fisión nuclear (energía atómica), el FZJ ahora solo realiza investigación sobre la eliminación de residuos nucleares. ^{[ 42 ]} Dos subinstitutos del IEK participan en la investigación atmosférica y climática, centrándose en las interacciones entre las actividades humanas, la calidad del aire y el clima, así como en la mejora de los modelos climáticos y atmosféricos en cooperación con el Centro de Supercomputación de Jülich. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

FZJ, con 265 puestos de trabajo a tiempo completo (a fecha de 2019), cuenta con el mayor centro de investigación de tecnologías de hidrógeno dentro de la Asociación Helmholtz. Se lleva a cabo investigación sobre la producción, conversión y almacenamiento (por ejemplo, en medios líquidos, portadores orgánicos líquidos de hidrógeno) de hidrógeno, así como sobre la infraestructura de una economía del hidrógeno . ^{[ 45 ] [ 46 ]}

La bioeconomía es un sistema económico basado en el uso sostenible de recursos biológicos, incluyendo plantas , animales y microorganismos . Se argumenta que la bioeconomía se volverá necesaria debido a la naturaleza finita de las reservas de petróleo, en las que se basan muchos productos industriales y cotidianos, el cambio climático antropogénico y el continuo crecimiento de la población mundial. En el ámbito de la bioeconomía sostenible, el FZJ se concentra en la transición de una economía basada en el petróleo a una bioeconomía. ^{[ 47 ]} Esta investigación se lleva a cabo en el campo de la biotecnología con el fin de utilizar materias primas renovables para producir biotecnológicamente materiales básicos relevantes para la industria o la farmacia. La investigación vegetal se centra en optimizar el rendimiento de los cultivos y la utilidad de las plantas como combustibles. La tercera área de investigación del FZJ se centra en los procesos químicos y físicos del suelo. ^{[ 48 ]}

La región minera de lignito de Renania, donde se ubica FZJ, está experimentando un importante cambio estructural debido al abandono gradual del carbón. El gobierno del estado de Renania del Norte-Westfalia aspira a transformar la región en un modelo europeo para el suministro de energía y la seguridad de los recursos. ^{[ 49 ]} Mediante sus proyectos de investigación, FZJ apoyará la transformación exitosa de la región de Renania. Estos proyectos incluyen el cultivo de plantas novedosas, la agricultura sostenible y la economía del hidrógeno, así como colaboraciones entre el sector de la información y la industria, por ejemplo, en el ámbito de la inteligencia artificial o el análisis de datos. El objetivo es crear una ventaja de localización para las empresas innovadoras. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

La Instalación de Nanotecnología Helmholtz (HNF) es una instalación con una gran sala limpia (1100 m² ⁾ clasificada según la norma ISO 1-3. La HNF es una plataforma tecnológica central para la producción de nanoestructuras y circuitos dentro de la Asociación Helmholtz. El trabajo en la HNF se centra en microchips/computación ecológicos, computación cuántica, computación neuromórfica, bioelectrónica y microfluídica. ^{[ 59 ]}

El Centro Ernst Ruska de Microscopía y Espectroscopia con Electrones (ER-C) fue seleccionado por el Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación (BMBF) como infraestructura nacional de investigación para la microscopía electrónica de ultra alta resolución. Los instrumentos electroópticos del ER-C también pueden ser utilizados por científicos y empresas externas. Permiten investigar estructuras a nivel atómico y molecular. El microscopio electrónico PICO puede utilizarse para este trabajo, ya que corrige los errores de aberración esférica y cromática de la lente. ^{[ 60 ]}

En la cámara SAPHIR (Simulación de la fotoquímica atmosférica en una gran cámara de reacción), de 20 metros de longitud, el Instituto de Investigación Energética y Climática – Troposfera (IEK-8) explora las reacciones fotoquímicas en la atmósfera terrestre .

El Centro de Fenotipado de Plantas de Jülich (JPPC) es una institución internacional líder en el desarrollo y la aplicación de técnicas no invasivas para cuantificar la estructura y la función de las plantas. En el JPPC, se desarrolla tecnología y se analizan los rasgos de las plantas a nivel mecanicista en condiciones de campo y de alto rendimiento. ^{[ 62 ]}

El Centro de Supercomputación de Jülich en el Forschungszentrum Jülich opera supercomputadoras de la más alta clase de rendimiento y surgió del primer centro alemán de computación de alto rendimiento (HLRZ), fundado en Jülich en 1987. En 2003, se construyó una sala de máquinas de 1000 m² ^para las supercomputadoras junto al Centro de Supercomputación de Jülich. El JSC unió fuerzas con el Centro de Computación de Alto Rendimiento de Stuttgart (HLRS) y el Centro de Supercomputación Leibniz (LRZ) en Garching, cerca de Múnich, para formar el Centro Gauss de Supercomputación (GCS), que reúne a los tres centros de computación más potentes bajo un mismo techo. ^{[ 63 ]} Además, el JSC coordina el desarrollo de la red europea de supercomputación PRACE. El JSC está dirigido por el físico e informático Thomas Lippert. ^{[ 64 ] [ 65 ]}

JURECA (2015)

La supercomputadora JURECA reemplazó a JUROPA en 2015 y se amplió para incluir un módulo de refuerzo basado en GPU en 2017. Esto convirtió a JURECA en la primera supercomputadora del mundo con una arquitectura modular en entrar en operación productiva. Con un rendimiento computacional de 3,78 petaflop/s, el sistema ocupó el puesto 29 en la lista TOP500 de noviembre de 2017. Entre otoño de 2020 y principios de 2021, el módulo de clúster JURECA fue reemplazado por el módulo JURECA-DC, diseñado para procesar grandes volúmenes de datos, lo que aumentó el rendimiento máximo del sistema a 23,5 petaflop/s. ^{[ 66 ]}

El Instituto de Neurociencias y Medicina (INM) desarrolla y aplica técnicas de imagen médica mediante resonancia magnética (RM) y tomografía por emisión de positrones (PET) para aplicaciones clínicas e investigación de problemas neurológicos, neuropsicológicos y psicológicos. El equipamiento del INM incluye un tomógrafo combinado de RM y PET de 3 y 9,4 teslas, así como sistemas de RM de 7, 4 y 3 teslas. ^{[ 69 ]}

El Forschungszentrum Jülich es un centro nacional de competencia para la dispersión de neutrones . ^{[ 70 ]} El Centro Jülich para la Ciencia de Neutrones (JCNS), que opera instrumentos en varias fuentes de neutrones en todo el mundo, se estableció en 2006, unos meses antes de que la fuente de neutrones original (el reactor de investigación Jülich FRJ-2) fuera desmantelada. Seis de los instrumentos más importantes fueron trasladados de FRJ-2 a FRM II; también se ensamblaron nuevos instrumentos allí. Además, JCNS tiene oficinas subsidiarias en el Institut Laue-Langevin (ILL) en Grenoble y en la Fuente de Neutrones por Espalación (SNS) en Oak Ridge . ^{[ 2 ]} JCNS también planea operar instrumentos en la Fuente Europea de Espalación (ESS), que actualmente se está construyendo en Lund, Suecia, así como en futuras fuentes de neutrones impulsadas por aceleradores de alto brillo. Los instrumentos estarán disponibles para una amplia gama de usuarios, por ejemplo, para realizar investigaciones sobre materiales energéticos e ingredientes activos para medicamentos o para analizar estructuras de proteínas y materiales magnéticos. ^{[ 71 ]}

EBRAINS es una infraestructura de investigación digital europea creada en el marco del Proyecto Cerebro Humano (HBP), financiado por la UE. El Centro de Investigación Jülich apoya esta infraestructura proporcionando capacidad informática para simulaciones y análisis de macrodatos. El objetivo es impulsar la investigación cerebral y aplicar los hallazgos científicos en este campo a innovaciones inspiradas en el cerebro en los ámbitos de la informática, la medicina y la industria. ^{[ 53 ]}

La Infraestructura Europea para la Fenómica y Simulación de Plantas a Múltiples Escalas para la Seguridad Alimentaria en un Clima Cambiante (EMPHASIS) es una infraestructura distribuida paneuropea para la fenotipificación de plantas. El objetivo de esta plataforma de la UE, coordinada por el Centro de Investigación Jülich, es analizar y cuantificar las características externas de las plantas (el "fenotipo"), como la arquitectura de la raíz o el número de hojas. EMPHASIS integra sistemas de información con la adquisición de datos mediante modelos matemáticos y ayuda a los científicos a analizar las plantas para una agricultura europea sostenible en diferentes entornos, con el fin de permitir una producción vegetal más eficiente en un clima cambiante. La UE ha aportado 4 millones de euros para la creación de la plataforma. ^{[ 55 ]}

El Centro de RMN Biomolecular es una colaboración entre el Instituto de Procesamiento de Información Biológica – Bioquímica Estructural del Centro de Investigación Jülich y el Instituto de Biología Física de la Universidad Histórica de Düsseldorf (HHU). Este centro utiliza diversos espectrómetros de RMN de alto campo para espectroscopia de RMN de estado líquido y sólido, destinados a la investigación de proteínas de relevancia biológica y médica, con el fin de determinar, por ejemplo, su estructura tridimensional con alta resolución. Esta tecnología también se emplea para investigar la base estructural de las afinidades y especificidades de estas macromoléculas en las interacciones proteína-ligando. ^{[ 72 ]}

El Centro de RMN Biomolecular dispone de un  espectrómetro de RMN de 900 MHz para espectroscopia de RMN en estado líquido, un  espectrómetro de RMN de 800 MHz para espectroscopia de RMN en estado líquido y sólido, un  dispositivo de 700 MHz para RMN en estado líquido, dos  dispositivos de 600 MHz para RMN en estado líquido y otro  espectrómetro de RMN de 600 MHz para espectroscopia de RMN en estado sólido. En 2014 se instaló un novedoso  dispositivo de RMN en estado sólido de 600 MHz con mejora DNP.

El Centro de Membranas del Forschungszentrum Jülich (aprox. 1550 m² ⁾ proporciona una infraestructura de investigación para el desarrollo de sistemas de membranas, abarcando todo el espectro de servicios, desde la producción de los materiales necesarios y su caracterización mediante instrumentos analíticos hasta las pruebas de módulos y componentes. Una prioridad es el desarrollo de nuevos sistemas de membranas para la tecnología energética, con el fin de separar los gases de efecto invernadero de los gases de escape y sentar las bases para nuevas pilas de combustible y baterías de estado sólido. ^{[ 73 ]}

El sincrotrón enfriador COSY ^{[ 74 ]} era un acelerador de partículas ( sincrotrón ) y anillo de almacenamiento (circunferencia: 184 m) para acelerar protones y deuterones operado por el Instituto de Física Nuclear (IKP) en FZJ, que estuvo en funcionamiento hasta octubre de 2023. ^{[ 75 ] [ 76 ]}

COSY ^{[ 77 ]} se caracterizó por el enfriamiento del haz, que reduce la desviación de las partículas de su trayectoria predeterminada (también puede entenderse como el movimiento térmico de las partículas) utilizando enfriamiento electrónico o estocástico. En COSY, había varias instalaciones experimentales para estudios en el campo de la física de hadrones . Recientemente, la investigación se centró en investigar el momento dipolar eléctrico de los protones, probar componentes y métodos para la Instalación para la Investigación de Antiprotones e Iones planificada , y en experimentos preparatorios para la construcción de una fuente de neutrones basada en aceleradores. Experimentos centrales anteriores como el espectrómetro magnético ANKE, el espectrómetro de masas de tiempo de vuelo TOF y el detector universal WASA , que fue trasladado a COSY desde el anillo de almacenamiento CELSIUS de The Svedberg Labors (TSL) en Uppsala, han sido desmantelados y desmantelados en su mayoría. ^{[ 78 ]} El sincrotrón fue utilizado por científicos de instituciones de investigación alemanas e internacionales en estaciones objetivo internas y externas. Era uno de los centros de investigación utilizados para la investigación colaborativa financiada por el Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación .