ERFORSCHUNG VON UNIVERSUM UND MATERIE - ERUM - RAHMENPROGRAMM DES BUNDESMINISTERIUMS FÜR BILDUNG UND FORSCHUNG
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Erforschung von Universum und Materie – ErUM Rahmenprogramm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
1 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Vorwort 2 Mit neuem Wissen für die Zukunft vorsorgen 4 Teilchen, Materie und Universum erforschen 6 Teilchen: Was die Welt zusammenhält ............................................................................................................................. 6 Materie: Verstehen und verbessern.................................................................................................................................... 8 Universum: Empfang auf allen Frequenzen ..................................................................................................................... 8 Forschungsinfrastrukturen liefern Antworten................................................................................................................. 9 Gemeinsam Strategien entwickeln 12 Strategieprozesse zusammenführen................................................................................................................................ 12 Leitziele und Handlungsfelder.......................................................................................................................................... 14 Aktionspläne......................................................................................................................................................................... 15 Die Handlungsfelder des Programms 16–33 Die Großgerätelandschaft gestalten 16 Nachwuchs fördern, Spitzenkräfte gewinnen 22 Wissenschaft national und international vernetzen 26 Innovation stimulieren und Partizipation ermöglichen 30 Operative Umsetzung 34 Struktur des Programms .................................................................................................................................................... 34 Förderinstrumente .............................................................................................................................................................. 35 Fachinformation................................................................................................................................................................... 37 Fördermittel.......................................................................................................................................................................... 37 Glossar 38 Impressum 41
Vorwort Grundlagenforschung macht Deutschland fit für die Zukunft, dient sie doch weit mehr als nur dem reinen Erkenntnisgewinn: Aus ihr können auch technische Innovationen entstehen. Grundlagenforschung ist somit der Schlüssel, um wesentliche Fragen unserer Zeit zu beantworten: ganz gleich, ob es um Gesundheit, Mobilität oder zum Beispiel um die Energieversorgung geht. Ohne naturwissenschaftliche Grundlagenforschung wäre der Fortschritt in unserem Land nicht möglich. Allerdings gibt es dafür eine Voraussetzung – und das ist eine Wissenschaft, die offen, exzellenzbasiert und leistungsfähig ist. Nur sie kann neue, ungeahnte Perspektiven eröffnen. Denn wo oder wie man die neuen Erkenntnisse später anwenden kann, ist oft nicht vorhersagbar. Die Erfahrung lehrt uns aber, dass sie früher oder später ihren Weg in unseren Alltag finden. Ein Beispiel dafür ist Albert Einsteins Relativitätstheorie. Ursprünglich rein wissenschaftsgetrieben, findet sie heute unter anderem in Navigations- systemen Anwendung. An ihren Großgeräten untersuchen Grundlagenforscher die Struktur und Wirkung von Proteinen. Oder sie beobachten Batterien im Betrieb, um die für die Energiewende notwendigen Energiespeicher zu verbessern. Auf diese Weise erreicht uns aus der Grundlagenforschung ein kontinuierlicher Strom von Ideen und neuen Technologien mit Anwendungen in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft. Mit dem vorliegenden Rahmenprogramm „Erforschung von Universum und Materie“ fördern wir exzellente naturwissenschaftli- che Grundlagenforschung - von der Untersuchung allerkleinster Teilchen bis zur Erkundung der Weiten des Universums. Hierzu unterhalten wir modernste Forschungsinfrastrukturen in der ganzen Welt, auch in internationaler Zusammenarbeit. Wir stärken kompetenten wissenschaftlich-technischen Nachwuchs, der diese Forschungslandschaft lebendig macht. So schaffen wir erstklas- sige Bedingungen für Spitzenforschung in und aus Deutschland. Es entsteht ein attraktives Umfeld, in dem Visionen und Ideen zu neuen Erkenntnissen und Technologien reifen. Mit dem Rahmenprogramm nehmen wir gleichzeitig die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in die Verantwortung: Denn zu ihren Aufgaben gehört es auch, mit der Gesellschaft in einen breiten Dialog zu treten und ihre Arbeit zu erklären. Damit die Menschen der Forschung auch weiterhin offen gegenüberstehen, ist es erforderlich, dass sie den wissenschaftlichen Antrieb und den Nutzen wissenschaftlicher Erkenntnisse nachvollziehen können. Die Bürgerinnen und Bürger müssen dabei erkennen kön- nen, dass die Forschung ihnen auch direkt zugutekommt. Nur dann kann sich das Potenzial der Forschung voll entfalten. Auch die Wirtschaft ist Teil dieses Netzwerks. Gute Ideen, neue Technologien und digitale Methoden aus der Grundlagenfor- schung müssen ihren Weg schneller in konkrete Anwendungen finden. Wir wollen, dass solche Technologien möglichst schnell zum Nutzen der Menschen eingesetzt werden. Deshalb ist das Rahmenprogramm auch in die Hightech-Strategie 2025 eingebettet. Wir investieren in Grundlagenforschung, damit Deutschland auch künftig ein führender Wissenschafts- und Innovationsstand- ort ist. Ich lade alle Hochschulen und Wissenschaftsorganisationen, alle Bürgerinnen und Bürger, alle Unternehmerinnen und Unternehmer ein: Lassen Sie uns Deutschland mit starker Forschung und geeigneten Rahmenbedingungen zum Land der Ideen machen! Anja Karliczek Mitglied des Deutschen Bundestages Bundesministerin für Bildung und Forschung
Die Photonenquelle PETRA III in Hamburg ist weltweiter Anziehungspunkt für Expertinnen und Experten aus Physik, Chemie, Biologie, Materialforschung und anderen Forschungsfeldern.
4 Rahmenprogramm „ErUM“
Mit neuem Wissen für die Zukunft vorsorgen
Grundlagenforschung ist Zukunftsvorsorge für nachfol hunderte von Fotos und die hochauflösenden Displays
gende Generationen. Die Erforschung von Teilchen, Ma beruhen auf Effekten der Quantenphysik: All diese
terie und Universum erweitert das Wissen von heute und technischen Innovationen wären undenkbar ohne die
schafft die Grundlage für Technologien von morgen und Fortschritte der naturwissenschaftlichen Grundlagen-
übermorgen. Intensive Forschungsanstrengungen si forschung.
chern Deutschlands wirtschaftliche Zukunft und damit
langfristig den Wohlstand unserer Gesellschaft. Dabei Schon in der Urzeit haben naturwissenschaftliche
nutzt die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung Erkenntnisse die Gesellschaft geprägt. Der Blick in die
faszinierende Techniken an der Grenze des Machbaren Sterne fasziniert Menschen seit Jahrtausenden. Jenseits
und bringt exzellente neue Ideen hervor. Die langfristig dieser Faszination hat das aus der Beobachtung gesam-
angelegte Förderung erstklassiger Grundlagenforschung melte Wissen eine oft lebenswichtige Bedeutung. Aus
macht Deutschland zu einem attraktiven Standort für der Kenntnis des Laufs der Gestirne ließen sich Termi-
die besten Forscherinnen und Forscher aus aller Welt. ne für Aussaat oder Ernte ablesen. Die ersten Astrono-
men haben mit ihren Beobachtungen die Grundlage
Einer der ersten Handgriffe am Morgen gilt heute bei für die Agrargesellschaft gelegt.
vielen Menschen dem Smartphone – um den Wecker
abzuschalten, um einen Blick auf die aktuellen Nach- Auch heute ist die Neugierde der Forscherinnen und
richten zu werfen oder um schnell die Termine und das Forscher die Triebfeder für Erfindungen und Entde
Wetter des beginnenden Tages zu prüfen. Während des ckungen, die – manchmal sofort, oft aber erst später –
ganzen Tages ist dieser tragbare Hochleistungscompu- als gesellschaftliche Errungenschaften wahrgenommen
ter ein ständiger Begleiter und dient der Kommunika- werden.
tion, Navigation, Entspannung und Unterhaltung. Das
Smartphone vereint viele der technischen Innovatio- Mit der Erforschung der kleinsten Teilchen, des
nen der letzten Jahrzehnte in sich, die aus weit über Aufbaus und der Funktion der Materie sowie des
hundert Jahren Grundlagenforschung hervorgegangen Universums verschieben Wissenschaftlerinnen und
sind: In ihm sind Radiowellensender und -empfänger Wissenschaftler die Grenzen naturwissenschaftlicher
für verschiedene Frequenzbereiche verbaut, sowohl Erkenntnis und liefern Beiträge zu wichtigen gesell-
für Telefon und WLAN als auch für Bluetooth und das schaftlichen Fragestellungen. Dazu sind moderne
Navigationssystem GPS. Die Kamera, die in manchen und immer komplexere Forschungsinfrastrukturen
Modellen sogar kinotaugliche Filme aus dem Taschen- notwendig – beispielsweise Teilchenbeschleuniger wie
computer zaubert, die winzigen Datenspeicher für der Large Hadron Collider (LHC) in Genf oder Groß-
Die Neugier, die immer wieder neu gestellte Frage nach dem
„Warum, Woher und Wohin“, ist eine tiefe menschliche Regung. Die
Antworten, die die Wissenschaft liefert, berühren alle Menschen
genauso, wie sonst nur Musik, Kunst oder Literatur. Das Mitfiebern
bei der Mondlandung ist dafür ebenso Beleg wie das große öffent-
liche Interesse an der erfolgreichen Suche nach dem Higgs-Boson
mithilfe des Teilchenbeschleunigers LHC in Genf.
teleskope wie das Very Large Telescope (VLT) in Chile. Die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung soll
Solche Großgeräte sind ein wesentlicher Bestandteil auch zukünftig unsere Gesellschaft bereichern. Daher
unseres Wissenschaftssystems und bieten einzigartige stellt die Bundesregierung mit diesem Rahmenpro-
Forschungsmöglichkeiten. gramm die Weichen für wissenschaftliche Spitzenleis
tungen und Zukunftstechnologien sowie für Innovati-
Die Wissenschaft stellt hohe Anforderungen an Präzi- onskeime und den wissenschaftlichen Nachwuchs von
sion und Komplexität der Forschungsinfrastrukturen. morgen. Dafür setzt das Bundesforschungsministerium
Für Wirtschaftszweige wie Maschinenbau, Bauwesen forschungspolitische Schwerpunkte in vier Handlungs-
und die feinmechanisch-optische Industrie sind sie ein feldern:
wichtiger Technologietreiber, etwa bei der Entwicklung
und dem Bau neuer Teilchenbeschleuniger, Photonen- ∙∙ Großgerätelandschaft,
quellen oder Teleskope.
∙∙ MINT-Nachwuchs1,
Die Vielfalt der potentiellen Erfindungen und An-
wendungen, die entstehen, ist nicht vorhersagbar. Der ∙∙ Vernetzung sowie
Bund schafft geeignete Rahmenbedingungen und ei-
nen Nährboden, damit hieraus Innovationskeime und ∙∙ Transfer und Partizipation.
später Innovationen erwachsen können. Voraussetzung
für hohe Innovationsleistung ist ein offenes, exzellen- In diesen vier Feldern gestaltet das Bundesforschungs-
tes und attraktives Wissenschaftssystem. ministerium die naturwissenschaftliche Grundlagen-
forschung an Großgeräten in einem strategischen Pro-
Ein langer Atem kann dabei notwendig sein: Von zess. Das vorliegende Programm bildet den strategisch-
Maxwells Gleichungen der Elektrodynamik über die thematischen Rahmen – für den Blick in die Tiefen der
Erzeugung elektromagnetischer Wellen durch Heinrich Materie und die Weiten des Universums.
Hertz bis zum Beginn der Funktechnik durch die Pio-
niere Ferdinand Braun, Guglielmo Marconi und andere
waren es rund dreißig Jahre – bis darauf aufbauend ein
modernes Smartphone entstand etwas mehr als weite-
re hundert Jahre.
¹ MINT – Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft, Technik
6 Rahmenprogramm „ErUM“
Teilchen, Materie und Universum erforschen
Das Bundesforschungsministerium stärkt den Wissen ministerium mit neuem Wissen die Zukunft – sowohl
schaftsstandort Deutschland mit der Förderung aus mit wissenschaftlichen und technischen Fortschritten,
gewählter Forschungsfelder von winzigen Teilchen bis als auch in Form von Kulturleistungen, die unser All-
zum Universum. Nur mit modernen Forschungsinfra tagsleben vielfältig bereichern werden.
strukturen lassen sich heute die Themengebiete von den
kleinsten Bausteinen bis zu den Weiten des Universums
erschließen. Teilchen: Was die Welt
zusammenhält
Die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung
spannt einen weiten Bogen, vom Allerkleinsten bis
zum Allergrößten. In diesem Programm konzentriert Nicht erst seitdem Goethe seinen Faust fragen ließ, was
sich das Bundesforschungsministerium auf drei The- denn die Welt im Innersten zusammenhalte, fasziniert
mengebiete: Teilchen, Materie und Universum. Die den Menschen das Rätsel, woraus er selbst und die Na-
Erforschung der kleinsten Bausteine der Materie – der tur um ihn herum bestehen. Eines der Themengebiete,
Teilchen – ist Basis für ein grundlegendes Verständnis die das Bundesforschungsministerium unterstützt,
der Natur. Aus den Eigenschaften dieser Bausteine und beschäftigt sich mit eben dieser Frage: Woraus besteht
deren Zusammenspiel erhalten Werkstoffe, Biomole- die Materie, was sind die kleinsten Bausteine und wie
küle oder Organismen – die Materie – ihre Funktion. funktioniert ihr Zusammenspiel?
Diese zu verstehen und gezielt zu verändern, eröffnet
zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in Medizin und Heute lässt sich jede Form und Art der Materie auf
Technik. Das Universum fasziniert die Menschen und wenige elementare Grundbausteine – wie Quarks
regt wissenschaftliche Neugier an. Seine Erforschung – zurückführen. Ihr Zusammenwirken wird im soge-
liefert zum Beispiel wissenschaftliche Antworten auf nannten Standardmodell der Elementarteilchenphy-
die Frage nach dem Ursprung unseres Planeten. sik beschrieben. Der letzte fehlende Baustein dieses
Modells wurde von Peter Higgs und François Englert
In diesen Themengebieten identifiziert das Bundesfor- in den 1960er Jahren vorhergesagt. Internationale For-
schungsministerium Forschungsfelder von besonderer schungsteams machten sich auf die spannende Suche
Bedeutung. In den ausgewählten Feldern wird eine nach diesem fehlenden Elementarteilchen, das allen
Forschungslandschaft gestaltet, die wissenschaftliche anderen Grundbausteinen ihre Masse verleiht. Sie trie-
Spitzenleistung ermöglicht. Mit dieser strategischen ben die technischen Entwicklungen für den größten
Forschungspolitik für die Themengebiete Teilchen, Teilchenbeschleuniger der Welt voran: für den LHC am
Materie und Universum sichert das Bundesforschungs- Forschungszentrum CERN nahe Genf und die notwen-
Elementarteilchen Atomkern Atom Chromosom Salzkristall Mensch
Materie
Teilchen
10–18 m 10–15 m 10–12 m 10–9 m 1 µm 1 mm 1m 1 km
TEILCHEN, MATERIE UND UNIVERSUM ERFORSCHEN 7
Teilchen – beschleunigen und erschaffen
Mit Teilchenbeschleunigern wird nach den elementaren
Grundbausteinen der Materie gefahndet. Diese Maschi-
nen bringen geladene Teilchen fast auf Lichtgeschwin-
digen Detektoren ATLAS und CMS. Diese internationa- digkeit, um sie dann gezielt kollidieren zu lassen. Bei
le Kooperation wurde im Jahr 2012 von Erfolg gekrönt: solchen Kollisionen können neue, bislang unbekann-
Die Entdeckung des Higgs-Bosons ist ein Meilenstein te Teilchen entstehen. Sie sind in der Regel instabil und
der Physik, an dem Forscherinnen und Forscher aus zerfallen in Bruchstücke, welche mit riesigen Detekto-
Deutschland mit Förderung des Bundesforschungsmi- ren vermessen werden. Anhand dieser Messdaten ist
nisteriums einen sehr großen Anteil hatten. 2013, kurz es möglich, die Eigenschaften des zuerst entstandenen
nachdem das Teilchen nachgewiesen wurde, erhielten Teilchens zu untersuchen.
Peter Higgs und François Englert für ihre Vorhersage
den Nobelpreis für Physik. Der weltweit leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger
ist der LHC des CERN. Das CERN wird zu 20 Prozent
Der Nachweis des Higgs-Bosons klärte eine zentrale von Deutschland mitfinanziert. In einem knapp 27 Ki-
Fragestellung der Physik des letzten Jahrhunderts. lometer langen, kreisförmigen Tunnel treffen im LHC
Dennoch bleiben Fragen offen, beispielweise: Woraus Wasserstoffkerne mit nie zuvor erreichter Energie auf-
bestehen Quarks, kennen wir bereits alle und können einander. Dabei entstehen bisher unbeobachtete Mate-
sie zu weiteren Teilchen kombiniert werden? Führen riezustände und subatomare Teilchen. Vermessen wer-
die Antworten darauf zu heute noch nicht vorstellba- den sie unter anderem mit dem ATLAS-Detektor, einem
ren technischen Neuerungen? weiteren Superlativ: Das Nachweisgerät ist mit einer
Länge von 46 Metern und einem Durchmesser von 25
Aus Quarks zusammengesetzte Teilchen heißen Ha- Metern der bisher größte Detektor, der jemals an einem
dronen. Die Atomkerne aller Elemente bestehen aus Teilchenbeschleuniger zum Einsatz kam. Er und sein
solchen Hadronen: den Protonen und den Neutronen. kompakterer, aber schwererer Counterpart CMS wur-
Hadronen- und Kernphysik erforschen diese Teilge- den zu wesentlichen Teilen von deutschen Hochschulen
biete der Physik. Auch hier gibt es ungelöste Rätsel, und Forschungseinrichtungen mit Mitteln des Bundes-
wie bereits der einfache Kern des Wasserstoffatoms forschungsministeriums entwickelt und aufgebaut.
verdeutlicht. Trotz intensiver Forschungsanstrengun-
gen sind die Eigenschaften des Wasserstoffkerns – des Die Struktur von sogenannten Hadronen nehmen For-
Protons – auch heute noch nicht im Detail verstan- scherinnen und Forscher mit dem ALICE-Detektor
den. Wenn es gelingt, sie zu entschlüsseln, ist dies ein am LHC und zukünftig mit dem im Bau befindlichen
weiterer Schritt, das Zusammenspiel der elementaren Beschleunigerkomplex FAIR bei Darmstadt unter die
Grundbausteine und der daraus aufgebauten Atome zu Lupe. FAIR erzeugt Strahlen geladener Teilchen in bis-
verstehen. So können dann auch die Eigenschaften der her unerreichter Intensität und Qualität. Hier werden
komplizierteren chemischen Elemente erklärt werden: Bedingungen reproduziert, wie sie im Inneren von Ster-
ein weiteres Puzzlestück für die Antwort auf die fausti- nen oder sogar beim Ausbruch einer Supernova herr-
sche Frage, was die Welt im Innersten zusammenhält.
Abstand zu den
Sonne nächsten Sternen Milchstraße Weltall
Universum
1000 km 109 m 1012 m 1015 m 1018 m 1021 m 1024 m 1027 m
Materie: Verstehen und verbessern
schen. So lässt sich im Labor nachvollziehen, auf welch
komplexen Wegen sich chemische Elemente bilden. Was gibt einem Material seine Eigenschaften? Wie
Deutschland ist an FAIR als größter von zehn Partnern kann man sie an medizinische oder technische Erfor-
beteiligt und stellt wesentliche Weichen für seine wis- dernisse anpassen? Nur einfach zu wissen, dass ein
senschaftliche Ausrichtung als eine weltweit führende bestimmtes Material aus einer oder mehreren Sorten
Experimentiereinrichtung. von Atomen besteht, reicht nicht aus, um diese Fragen
zu beantworten. Vielmehr ist es die Struktur, die wie
Materie – Einblick und Durchblick bei Diamant und Graphit den Unterschied macht: Bei-
de Materialien bestehen einzig aus Kohlenstoffatomen.
Das Bundesforschungsministerium fördert als Haupt- Nur ihre Atomanordnung unterscheidet sich. Sie legt
geldgeber der Forschungsinfrastrukturen drei sich er- Härte, Leitfähigkeit oder andere Eigenschaften des
gänzende Arten von Nutzerplattformen zur Erforschung Materials fest. Mit modernen Forschungsinfrastruktu-
der Materie. Aufgrund ihrer technischen Alleinstel- ren werden solche Atomanordnungen exakt bestimmt,
lungsmerkmale, wie etwa der räumlichen und zeitlichen sodass neue Materialien mit angepassten Eigenschaften
Auflösung der Experimente, unterscheiden sich ihre entworfen werden können. Dabei werden Methoden
Anwendungsmöglichkeiten. Sie ermöglichen die Beant- entwickelt, mit denen man beispielsweise Biomolekü-
wortung unterschiedlichster Fragestellungen aus viel- len oder Katalysatoren bei der Arbeit zusehen kann.
fältigsten interdisziplinären Forschungsfeldern. Der European XFEL wird regelrechte Zeitlupenvideos
der zugrundeliegenden Reaktionen aufnehmen.
Photonenquellen
Mit der gezielten Förderung der Infrastrukturen für
Gebündelte, hochintensive Röntgenstrahlen zum diese Forschung legt das Bundesforschungsministeri-
Durchleuchten oder Beleuchten von Materialproben um die Grundlagen zur Entwicklung und Verbesserung
können nur von speziellen Teilchenbeschleunigern pro- pharmazeutischer Wirkstoffe, elektronischer Bausteine,
duziert werden: den Photonenquellen. Ringquellen – Katalysatoren und neuartiger Werkstoffe.
sogenannte Synchrotrone – und lineare Quellen – so-
genannte Freie-Elektronen-Laser (FEL) – unterscheiden Von den neuen Erkenntnissen und Methoden pro-
sich in Anwendungszweck und Aufbau. Synchrotrone fitieren neben der Physik ebenso die Lebens- und
erzeugen lange Pulse mit hoher Gesamtintensität; FEL Umweltwissenschaften, die Energie-, Material- und
erzeugen kurze Laserblitze mit sehr hohen Intensitäten Werkstoffforschung sowie technische und ingenieur-
im Einzelpuls. wissenschaftliche Anwendungen. Der Pharmaindustrie
helfen die Methoden bei der systematischen Suche
In Deutschland tätige Forscherinnen und Forscher ge- nach Leitstrukturen für neue Arzneimittel.
hören zur weltweiten Spitze bei Bau und Nutzung von
Photonenquellen. Der große Erfolg deutscher For-
schungsgruppen beruht auf der erstklassigen Infra- Universum: Empfang auf allen
struktur und dem breiten Anwendungsspektrum. Die Frequenzen
Messplätze werden für vielfältige Forschungsarbeiten
genutzt, beispielsweise zur Entwicklung neuer Medika-
mente, zur Verbesserung von Werkstoffen oder zur Ana- Seit Menschengedenken blickt der Mensch an den
lyse von Materialproben unter extremem Druck. Nachthimmel und versucht zu verstehen, wie dasTEILCHEN, MATERIE UND UNIVERSUM ERFORSCHEN 9
Beispiele für solche Anlagen sind die Speicherringe
PETRA III in Hamburg, die European Synchrotron Radi-
ation Facility (ESRF) in Grenoble und BESSY II in Berlin,
Universum funktioniert. Mittlerweile wissen wir viel sowie der Freie-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg.
über das Universum – dass es durch den Urknall vor Als leistungsfähigster Röntgenlaser wurde in den letz-
13,8 Milliarden Jahren entstand, dass es sich seitdem ten Jahren in Norddeutschland der Europäische Rönt-
ausdehnt – und doch gibt es uns bis heute große Rätsel genlaser (European XFEL) errichtet. Er wird zu zwei
auf. Ende der 1990er Jahre wurden neue Fragen mit der Dritteln von Deutschland finanziert. Dieses Großge-
Feststellung aufgeworfen, dass es „Dunkle Materie“ und rät ermöglicht mit extrem intensiven Röntgenblitzen,
„Dunkle Energie“ gibt, die für den Zusammenhalt der selbst jene Proteine genau unter die Lupe zu nehmen,
Galaxien bzw. die beschleunigte Ausdehnung des Uni- die sich mit bisherigen Photonenquellen noch nicht
versums verantwortlich sind. Doch was sind die bisher analysieren ließen.
unentdeckten Bestandteile des Universums, aus denen
Dunkle Materie und Dunkle Energie bestehen? Dass die Forschung an Photonenquellen hochgradig in-
terdisziplinär ist, zeigte eine Nutzerbefragung an PETRA
Astrophysik, Astroteilchenphysik und Astronomie wid- III und FLASH aus dem Jahr 2016. Lebenswissenschaf-
men sich noch weiteren Themen: Wir kennen heute ten und Energie bilden den Anwendungsschwerpunkt.
über 2500 Planetensysteme außerhalb unseres Son- Etwa 15 Prozent der Nutzergruppen entwickeln die
nensystems – und wöchentlich finden die Astronomen Instrumentierung der Quellen weiter. Sie werden hier-
neue. Damit liegt die Antwort auf eine Frage, die der bei durch die Projektförderung des Bundesforschungs-
Mensch sich schon lange stellt, heute näher als jemals ministeriums, die Verbundforschung, unterstützt. Die
zuvor: Gibt es Leben auf anderen Planeten? Noch ist übrigen 85 Prozent der Nutzergruppen profitieren bei
es nicht gelungen, auf einem dieser über 3500 bisher ihrer Forschung von dieser Entwicklungsarbeit. Ihre
bekannten Planeten Spuren von Leben zu finden. Die Forschung selbst wird über entsprechende Programme
Suche danach ist in vollem Gange. gefördert.
Auch andere Fragen sollen beantwortet werden: Was Neutronenquellen
führte zur Entstehung verschiedener Galaxientypen
und zur Planetenbildung und legte damit die Grundla- Neutronenquellen ergänzen das Anwendungsspektrum
ge für unser Leben? Welche Extremprozesse laufen im der Photonenquellen: Neutronen durchdringen ganze
Kosmos ab, etwa wenn Sterne das Ende ihrer Lebens- technische Objekte wie Motoren, Akkus oder Festplat-
dauer erreichen oder wenn Materie auf ein Schwarzes tenspeicher, deren Inneres sich daher sogar im Betrieb
Loch fällt? untersuchen lässt. Es gibt Neutronenquellen zweier un-
terschiedlicher Typen: Hochflussreaktoren bieten einen
konstanten und sehr hohen Neutronenfluss. Die Nut-
Forschungsinfrastrukturen liefern zung von Neutronenpulsen ist mit sogenannten Spalla-
Antworten tions-Neutronenquellen möglich. In den Hochflussre-
aktoren können somit statische und langsame Prozesse
besonders genau betrachtet werden, während mit den
Die Zeiten, in denen nur kleine Forschungsteams am Neutronenpulsen auch „Zeitlupenaufnahmen“ gelingen.
Labortisch die großen Fragen der Menschheit ent-
schlüsselten, sind in vielen Forschungsfeldern schon Aktuelle Neutronenquellen sind der Forschungsreaktor
lange vorbei. Um die kleinsten Strukturen zu erfor- FRM II in München, der BER II in Berlin und der Hoch-
schen, die Materie zu verstehen oder tief ins Universum flussreaktor HFR am Institut Laue-Langevin (ILL) im
zu blicken, kommen die besten Köpfe der Welt heute französischen Grenoble. Derzeit wird im schwedischen
an Forschungsinfrastrukturen der naturwissenschaftli- Lund die europäische Spallations-Neutronenquelle ESS
chen Grundlagenforschung zusammen: (European Spallation Source) mit großer Beteiligung
deutscher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
∙∙ Mit Teilchenbeschleunigern werden Eigenschaften sowie mit deutschem Know-how gebaut. In Zukunft
von Atomen, Atomkernen und elementaren Grund- wird diese Neutronenquelle mit ihrer gepulsten Strah-
bausteinen erforscht. lung neue physikalische und interdisziplinäre Anwen-
dungen ermöglichen.Entlegen platziert, um die fernen Weiten des Universums zu
erkunden: Einige der insgesamt 66 Antennen des Atacama Large
Millimeter/Submillimeter Array, ALMA, das in der Atacamawüste in
Chile steht und das leistungsfähigste Teleskop der Welt für diesen
Wellenlängenbereich ist.
Quellen geladener Teilchen
∙∙ Mit Photonen-, Neutronen- und Ionenquellen wer-
Photonen und Neutronen werden insbesondere zur Ana- den Materialien in Aufbau und Funktion analysiert
lyse von Materialien und Oberflächen genutzt. Sollen und modifiziert.
Materialien hingegen verändert oder veredelt werden,
wird oft Strahlung aus elektrisch geladenen Teilchen ein- ∙∙ Mit Teleskopen und Observatorien wird das Univer-
gesetzt. Sie werden meist an Linear- oder Ringbeschleu- sum beobachtet.
nigern für Experimente bereitgestellt.
Solche Forschungsinfrastrukturen sind typischerweise
Das Anwendungsspektrum der Quellen geladener Teil- hochkomplexe Forschungsanlagen an der Grenze des
chen reicht von der Nanostrukturierung, Dotierung und technisch Machbaren.
Analyse von Materialien bis hin zur Medizin: Industrie-
betriebe härten mit Hilfe von speziellen Beschleunigern Großgeräte können sehr unterschiedlich konzipiert
die Oberflächen von Smartphone-Bildschirmen, stellen sein: Einige sind speziell auf wenige Fragestellungen
mit ihnen extrem leistungsfähige Elektronikkomponen- der Grundlagenforschung – oder sogar nur eine einzi-
ten wie Bildsensoren oder schnelle Mikrochips her oder ge – ausgerichtet. An solchen Einrichtungen, wie dem
entwickeln strahlungsresistente Halbleiterbauelemente ATLAS-Detektor am LHC oder der Neutrinowaage
für den Einsatz unter schwierigen Umweltbedingungen KATRIN, arbeiten hunderte, oft sogar tausende Wissen-
oder im Katastrophenschutz. In der Medizin werden ge- schaftlerinnen und Wissenschaftler in internationalen
ladene Teilchen zur Diagnose und Therapie von Krebser- Kollaborationen zusammen. Andere Großgeräte sind
krankungen eingesetzt. Die Quellen geladener Teilchen thematisch breit aufgestellte Nutzerplattformen. An
dienen somit gleichermaßen der Grundlagenforschung, Teleskopen werden vielfältige astrophysikalische Phä-
medizinischen Anwendungen und als Werkbänke der nomene erforscht. Die Großgeräte zur Erforschung der
Hightech-Forschung. Materie sind sogar als interdisziplinäre Nutzerplattfor-
men ausgelegt: Naturwissenschaften, Medizin, Ener-
Aktuell werden Ionenstrahlen bei ELBE nahe Dresden, gie- und Materialforschung sowie andere Disziplinen
bei NEPOMUC am FRM II und an ISOLDE am CERN be- wie Archäologie und Kunstgeschichte gewinnen hier
reitgestellt. In Zukunft werden neue Möglichkeiten an einzigartige Erkenntnisse.
FAIR dieses Leistungsspektrum ergänzen.TEILCHEN, MATERIE UND UNIVERSUM ERFORSCHEN 11
In vielen Fällen ist das Bundesforschungsministerium des Netzwerk von Hochschulen und außeruniversi-
der hauptverantwortliche Gestalter und größte Geld- tären Forschungseinrichtungen. Hier wird wissen-
geber der Großgeräte. Die so entstandene Forschungs- schaftlicher und technischer Nachwuchs auf höchstem
landschaft setzt international Maßstäbe: Deutsche Niveau ausgebildet. So wird exzellente Forschung in
Großgeräte und Großgeräte mit deutscher Beteiligung Deutschland betrieben, die zu herausragenden wissen-
gehören zur weltweiten Spitze und regen die interdis- schaftlichen Resultaten in und aus Deutschland führt
ziplinäre Zusammenarbeit an. Diese Forschungsinfra- und den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort nach-
strukturen üben eine hohe Anziehungskraft auf die haltig stärkt.
weltbesten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
ihrer jeweiligen Forschungsfelder aus. Rund um die
So wie erst die Töne aller Oktaven des Klaviers ein komplexes
Forschungsinfrastrukturen entsteht ein herausragen- Musikstück ergeben, müssen auch alle Wellenlängenbereiche
der elektromagnetischen Strahlung beobachtet werden, um das
Universum zu verstehen. Das sichtbare Licht macht dabei nur einen
kleinen Teil der Klaviatur aus.
Universum – beobachten und verstehen
Radiowellen Infrarot UV Gammastrahlung
Unsere Sonne – einer von Abermilliarden von Sternen – Mikrowellen Licht Röntgenstrahlung
ist für uns die Quelle von Licht und Wärme. Tatsächlich
sendet sie auch noch elektromagnetische Strahlung an-
derer Wellenlängenbereiche aus, die aber weitgehend von
der Erdatmosphäre blockiert oder von uns nicht bemerkt
Radioteleskop Optisches Teleskop
wird, weil der menschliche Körper dafür keine Sensoren
Teleskopfeld Gammastrahlungsteleskop
besitzt.
Die Objekte des Universums senden Licht in den ver- ESO-Hauptquartiers ist Garching bei München.
schiedensten Bereichen des elektromagnetischen Spek Wichtigste Großgeräte der ESO sind die vier Acht-Me-
trums – von der sehr langwelligen Radiostrahlung aus der ter-Teleskope des Very Large Telescopes (VLT) für die
Frühphase des Universums über das sichtbare Licht bis optische Astronomie und das Antennenfeld des ALMA-
hin zur energiereichen Röntgen- und Gammastrahlung. Observatoriums für den sogenannten Millimeter- und
Die Astrophysik hat in den letzten hundert Jahren gelernt, Submillimeterbereich. Das nächste große Projekt der ESO
alle Spektralbereiche zu beobachten. Mit langwelligen ist der Bau des Extremely Large Telescope (ELT). Es wird
Radioobservatorien, klassischen Radioteleskopen, Mikro- mit 39 Metern Spiegeldurchmesser das bei weitem größ-
wellenteleskopen, Infrarot-Satelliten, optischen Instru- te optische Teleskop der Welt sein. Mit diesen Teleskopen
menten, UV- und Röntgenteleskopen oder Detektoren beantworten die Astronominnen und Astronomen grund-
für Photonen höchster Energie aus dem Kosmos. Dazu legende Fragen zum Ursprung des Universums und seiner
kommt die Beobachtung von energiereichen Teilchen Bestandteile: zur Entstehung von Galaxien, Sternen und
und seit Kurzem auch von Gravitationswellen. Erst mit Planeten oder zur Suche nach erdähnlichen Planeten und
der Kenntnis aller Wellenlängenbereiche und aller ande- nach Spuren von Leben.
ren kosmischen Boten entsteht ein vollständiges Bild des
Universums. Nur dann können wir etwa die Atmosphären In Argentinien analysiert das Pierre-Auger-Observato-
von Planeten anderer Sonnensysteme besser verstehen rium die energiereichsten kosmischen Teilchen, um ihre
oder neuartige Prozesse in den Kernen von Galaxien und Herkunft und Eigenschaften zu ergründen. Die Telesko-
am Rande des Universums. So erst können Bestandteile pe H.E.S.S. und MAGIC sowie das in Planung befindliche
der „Dunklen Materie“ und „Dunklen Energie“ gefunden Cherenkov Telescope Array (CTA) messen die auf der Erde
und verstanden werden. auftreffende Gammastrahlung. Solche hochenergetischen
Boten der energiereichsten Prozesse im Universum er-
Viele der weltgrößten und leistungsfähigsten Teleskope möglichen beispielsweise die Untersuchung des Materie-
werden von der Europäischen Südsternwarte ESO betrie- einfalls in Schwarze Löcher oder das Studium der Über-
ben, deren größtes Mitgliedsland Deutschland ist. Sitz des reste von Sternexplosionen.Gemeinsam Strategien entwickeln
Das Bundesforschungsministerium gestaltet die Land identifiziert. Das Bundesforschungsministerium sichert
schaft von weltweit führenden Forschungsinfrastruk damit die Zukunftsfähigkeit der forschungspolitischen
turen in einem strategischen Prozess – dem Prisma- Ausrichtung dieses Wissenschaftsgebiets. Es führt dafür
Prozess. Unter Berücksichtigung der wissenschaftlichen den „Prisma-Prozess“ als zentralen Strategieprozess des
Entwicklungen und der gesellschaftlichen Anforde vorliegenden Rahmenprogramms ein.
rungen setzt das Bundesforschungsministerium for
schungspolitische Leitziele in Handlungsfeldern und Bundesforschungsministeriu
m
Aktionsplänen um.
um
Internationaler Forschungsra
ulen
Strategieprozesse zusammenführen Wissen
schafts
organis Hoc
h sch
ationen
Gesellschaftliche Ziele und Prioritäten unterliegen
einem Wandel. Damit ändern sich auch die Erwartun-
gen der Gesellschaft an die Wissenschaft. Neue wissen- Hochschulen, Wissenschaftsorganisationen und der
schaftlich-technische Möglichkeiten wie zum Beispiel internationale Forschungsraum tragen die Erforschung
die mobile Kommunikation prägen unsere Gesellschaft. von Teilchen, Materie und Universum – dargestellt
Das Bundesforschungsministerium beobachtet und durch drei Seiten eines Prismas. Sie nutzen unter-
analysiert diese Entwicklungen und greift Impulse von schiedliche, bisher erfolgreiche Strategieprozesse zu
Wissenschaft und Gesellschaft im Kontext der Erfor- Konzeptionierung, Bau, Betrieb und Weiterentwick-
schung von Teilchen, Materie und Universum auf. Die lung von Forschungsinfrastrukturen. Um den neuen
bestehenden Schwerpunkte werden auf ihre Relevanz, Herausforderungen an Komplexität und Internatio-
Aktualität und Priorität geprüft und Zukunftsthemen nalisierung der naturwissenschaftlichen Grundlagen-GEMEINSAM STRATEGIEN ENTWICKELN 13
forschung an Großgeräten zu begegnen, werden diese Zu den Gesprächen lädt das Bundesforschungsmi-
Strategieprozesse von den Verantwortlichen individuell nisterium Fachleute aus den jeweiligen Themen-
optimiert und im Prisma-Prozess stärker als bisher gebieten ein. Sie diskutieren auf Grundlage von
miteinander verknüpft. Strategiepapieren, insbesondere denen gewählter
Komitees der Wissenschaft. Die Gesprächs
Das Bundesforschungsministerium gestaltet diese Ver- ergebnisse geben dem Bundesforschungsminis
knüpfung mit einander ergänzenden Elementen: terium wichtige fachliche Anregungen für seine
Förderbekanntmachungen.
Prisma-Radar: Das Bundesforschungsmi-
nisterium beobachtet kontinuierlich Prisma-Konferenzen: Das Bundesfor-
wissenschaftliche und gesellschaftliche schungsministerium initiiert Prisma-
Entwicklungen sowie das Umfeld natio- Konferenzen, um eine breite wis-
naler und internationaler Forschungsinfrastruk- senschaftliche und gesellschaftliche
turen wie beispielsweise Roadmaps anderer Natio- Kommunikation sicherzustellen. Die für einen
nen. Das Radar liefert Impulse für das Forum, für breiten Personenkreis offenen Konferenzen gehen
Trialoge, Strategiegespräche und Konferenzen des über rein wissenschaftliche Themen oder den von
Prisma-Prozesses. „Wissenschaft im Dialog“ initiierten Austausch
zu gesellschaftlich relevanten und kontroversen
Prisma-Forum: Dieses Forum ist das stra- Themen der Forschung hinaus. Die Veranstal-
tegische Beratungsgremium des Bun- tungen greifen neue Chancen oder Themen von
desforschungsministeriums zur Wei- übergeordnetem Interesse auf, wie beispielsweise
terentwicklung von Leitzielen, Hand-
lungsfeldern und Themengebieten. Es wird mit
hochrangigen Persönlichkeiten mit unterschiedli-
chen Blickwinkeln auf die naturwissenschaftliche
Grundlagenforschung an Großgeräten besetzt. Das Teilchen
Forum erarbeitet Empfehlungen zur strategischen
Ausrichtung dieser Forschung und für Trialoge. Es Materie
gibt Impulse für Strategiegespräche und Konfe-
renzen des Prisma-Prozesses. Universum
ng
erentwicklu
Prisma-Trialoge: Zur Weiterentwicklung Beschleunig
eines Querschnittsthemas oder Hand-
twicklung
lungsfeldes werden Trialoge einbe- Detektoren
rufen. Sie führen die Sichtweisen von
ement
Fachleuten aller drei Prisma-Seiten zusammen. Datenmanag
Das Bundesforschungsministerium lädt dazu
landschaft
Vertreterinnen und Vertreter von Hochschulen, Großgeräte
Wissenschaftsorganisationen und internationalen
hwuchs
Einrichtungen ein. Sie analysieren das Hand- MINT-Nac
lungsfeld oder Querschnittsthema und leiten
Handlungsempfehlungen ab. Dazu entwickeln sie Vernetzung
abgestimmte Konzepte, die in die Entscheidungs- ion
d Partizipat
findung des Bundesforschungsministeriums für Transfer un
neue Fördermaßnahmen einfließen.
Der Prisma-Prozess greift verschiedene Ebenen auf. Alle Themen-
Prisma-Strategiegespräche: Themenbe- gebiete, Querschnittsthemen und Handlungsfelder finden Eingang
zogene Strategiegespräche dienen der in diesen Prozess. Sie werden unter Beteiligung der drei Seiten
Hochschulen, Wissenschaftsorganisationen und internationaler
Ausgestaltung von Fördermaßnahmen. Forschungsraum adressiert.14 Rahmenprogramm „ErUM“
das Management von Forschungsinfrastrukturen. Leitziele und Handlungsfelder
Neue Blickwinkel werden eingebracht und der
forschungspolitische Bedarf diskutiert. Das Bundesforschungsministerium hat für die Erfor-
schung von Teilchen, Materie und Universum strategi-
Das Bundesforschungsministerium bewertet die sche Leitziele entwickelt, mit denen es flexibel auf den
einzelnen Impulse dieser Elemente in Bezug auf ihre sich wandelnden gesellschaftlichen Bedarf reagiert:
forschungspolitische Bedeutung, ihre gesellschaftliche
Relevanz und ihr Innovationspotenzial. Es führt sie zu ∙∙ Wissenschaftliche Spitzenleistungen ermöglichen.
einer kohärenten Gesamtstrategie zusammen. Diese
findet Einzug in die Ausgestaltung und die Weiterent- ∙∙ Zukunftstechnologien, Energieforschung, Material-
wicklung des Rahmenprogramms. und Lebenswissenschaften stärken.
Strategische Leitziele Handlungsfelder
Wissenschaftliche Spitzenleistungen Großgerätelandschaft
ermöglichen. Zugang zu weltweit führenden
Zukunftstechnologien, Forschungsinfrastrukturen sichern.
Energieforschung, Material- und Landschaft der naturwissenschaftlichen
Lebenswissenschaften stärken. Großgeräte bedarfsgerecht ausgestalten.
Nutzerplattformen für Schlüsseltechnologien,
Innovationskeime durch Forschung als
Technologietreiber schaffen. Energie-, Material- und Lebenswissenschaften
ausbauen.
Fach- und Führungskräfte für
Wissenschaft und Wirtschaft
heranbilden.
MINT-Nachwuchs
Partizipation der Gesellschaft Nachwuchs für MINT-Fächer faszinieren.
an Erkenntnissen und Erfolgen
der Forschung sicherstellen. Wissenschaftlichen Nachwuchs qualifizieren.
Karriereperspektiven schaffen.
Handlungsfeld „Großgerätelandschaft“ Handlungsfeld „MINT-Nachwuchs“
Das Bundesforschungsministerium sichert Wissen- Das Bundesforschungsministerium beginnt mit der
schaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland Nachwuchsförderung im Kindesalter. Vom Kindergar-
Zugang zu international führenden Forschungsinfra- ten über Schule und Hochschule bieten unterschied-
strukturen und gestaltet dazu die Großgerätelandschaft: liche Formate Einblicke in die naturwissenschaftliche
Bau und Betrieb von Forschungsinfrastrukturen werden Grundlagenforschung und die anspruchsvolle Technik
an den forschungspolitischen Prioritäten und am wis- der Großgeräte. Informationsplattformen und Ver-
senschaftlichen Bedarf ausgerichtet. anstaltungsreihen laden zur Vertiefung ein. Durch die
Verbundforschung erhalten junge Menschen die Mög-
Das Bundesforschungsministerium begleitet Großgeräte lichkeit ihre Kompetenzen an Forschungsinfrastrukturen
über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Bei Großge- in einem internationalen Umfeld weiterzuentwickeln.
räten im Themengebiet Materie liegt das Augenmerk auf
der Stärkung von Technologien, die zur Lösung gesell- Management- und Führungsqualitäten von Nachwuchs-
schaftlicher Zukunftsaufgaben beitragen. In grundle- wissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern werden
genden Technologiebereichen entstehende Synergien gezielt gefördert. So erhalten sie attraktive Karriereper-
können oft interdisziplinär genutzt werden. spektiven und decken den Bedarf von Arbeitgebern aus
Wissenschaft wie Wirtschaft.
→ Seite 16 → Seite 22GEMEINSAM STRATEGIEN ENTWICKELN 15
∙∙ Innovationskeime durch Forschung schaffen. Aktionspläne
∙∙ Fach- und Führungskräfte für Wissenschaft und Das Programm wird in Aktionsplänen ausgestaltet.
Wirtschaft heranbilden. Diese setzen mit Fördermaßnahmen die Leitziele in
den Handlungsfeldern um: mit der institutionellen
∙∙ Partizipation der Gesellschaft an Erkenntnissen und Förderung von Wissenschaftsorganisationen und For-
Erfolgen der Forschung sicherstellen. schungsinfrastrukturen, Beiträgen zu internationalen
Einrichtungen und der Projektförderung (Seite 35).
Die strategischen Leitziele werden in den Handlungs-
feldern Großgerätelandschaft, MINT-Nachwuchs, Ver-
netzung sowie Transfer und Partizipation konkretisiert.
Aktionspläne
ErUM-Pro
Vernetzung Projektförderung zur Einbindung von
Kompetenzen von Hochschulen und Hochschulen in die Weiterentwicklung von
Forschungsinstituten bündeln. Großgeräten
Forschung international vernetzen.
ErUM-Data
Beiträge zur
Digitalen Agenda
Transfer und Partizipation
Wissenstransfer von Forschung in Wirtschaft und
Gesellschaft anregen.
Dialog zwischen Forschung und Weitere Aktionspläne
Bürgerinnen und Bürgern intensivieren. nach Bedarf
Handlungsfeld „Vernetzung“ Handlungsfeld „Transfer und Partizipation“
Die Vernetzung in der naturwissenschaftlichen Grund- Naturwissenschaftliche Grundlagenforschung an
lagenforschung steigert die Qualität und Effizienz der Großgeräten und deren Erkenntnisse sind Keime für
Forschung. Das Bundesforschungsministerium baut Innovationen. Das Bundesforschungsministerium unter-
die Vernetzung in der Wissenschaft auf nationaler wie stützt und beschleunigt den Weg von Erkenntnissen in
internationaler Ebene aus: Es befördert die Interaktion die Wirtschaft. Es verbessert die Rahmenbedingungen
zwischen den Helmholtz-Zentren, den Max-Planck- zur industriellen Nutzung von Forschungsinfrastruktu-
Instituten und Einrichtungen der Leibniz-Gemeinschaft. ren, die als High-Tech-Labore und -Werkbänke für die
Industrie immer attraktiver werden.
Die Verbundforschung integriert die Hochschulen in
dieses Netzwerk. Zur europäischen Vernetzung enga- Das Bundesforschungsministerium stärkt den Tech-
giert sich Deutschland auch weiterhin bei der Ausgestal- nologie- und Wissenstransfer naturwissenschaftlicher
tung eines gemeinsamen Forschungsraums. Erkenntnisse in die Industrie und die Gesellschaft. Mit
partizipativen Elementen wird der Dialog zwischen
Forschung und Zivilgesellschaft intensiviert.
→ Seite 26 → Seite 3016 Rahmenprogramm „ErUM“
Die im Bau befindliche Europäische Spallationsquelle in Lund wird
ein neuer Baustein der europäischen Landschaft der Forschungsin-
frastrukturen.
Die Großgerätelandschaft gestalten
Das Bundesforschungsministerium gestaltet die stra ∙∙ Konzeption
tegische Entwicklung der Forschungsinfrastrukturen
entlang ihres Lebenszyklus. Es stärkt die interdisziplinä ∙∙ Nationaler Roadmap-Prozess
re Forschung und ermöglicht so die Umsetzung gesell
schaftlicher Zukunftsaufgaben. ∙∙ Bau und Instrumentierung
∙∙ Betrieb und Instrumentierung
Von Anfang an begleiten
∙∙ Auslauf
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Deutsch-
land benötigen für ihre Forschungsarbeiten Zugang zu Bei ihrer konkreten Ausgestaltung unterstützt das Bun-
einem Portfolio von nationalen und internationalen desforschungsministerium durch gezielte Forschungs-
Großgeräten. Deshalb ist Deutschland weltweit an förderung und langfristiges strategisches Handeln.
mehr als zwei Dutzend einzigartigen Großgeräten be-
teiligt. Das Bundesforschungsministerium fördert diese 1. Konzeption
Forschungsinfrastrukturen entsprechend des wissen-
schaftlichen Bedarfs sowie der forschungspolitischen Der wissenschaftliche Bedarf für neue Großgeräte wird
Prioritäten und gestaltet sie entlang ihres Lebenszy- innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft iden-
klus, der in fünf Phasen gegliedert ist: tifiziert, diskutiert und zu Konzepten weiterentwickelt.
Das Bundesforschungsministerium kann die Konzep-HANDLUNGSFELD 1: DIE GROSSGERÄTELANDSCHAFT GESTALTEN 17
Nationaler Bau Betrieb
Konzeption Roadmap-Prozess Auslauf
Instrumentierung
ELT ALMA VLT
CTA IceCube KATRIN
PETRA III ESRF BESSY II ANKA DORIS BESSY I
European XFEL FLASH FELBE
FRM II/MLZ HFR/ILL BER II DIDO FRG-1
ESS
ELI
FAIR HERA
HL-LHC LHC LEP
Forschungsinfrastrukturen und ihre Position im Lebenszyklus
(Abkürzungen siehe Glossar ab Seite 38).
tion neuer Forschungsinfrastrukturen mit institutio- Ressourcen in allen Wissenschaftsgebieten, die der For-
neller Förderung und mit Mitteln aus der Projektförde- schung dienen. Forschungsinfrastrukturen der natur-
rung unterstützen. Ausreichend zukunftsträchtige und wissenschaftlichen Grundlagenforschung werden im
ausgereifte Konzepte können sich um die Aufnahme in Nationalen Roadmap-Prozess bewertet, wenn der deut-
die „Nationale Roadmap für Forschungsinfrastruktu- sche Anteil der geplanten Aufbaukosten mindestens
ren“ bewerben. 50 Millionen Euro beträgt und damit einen umfangrei-
chen nationalen Entscheidungsprozess rechtfertigt. Der
2. Nationaler Roadmap-Prozess für Roadmap-Prozess ist für Forschungsinfrastrukturen
Forschungsinfrastrukturen dieser Größenordnung bindend.
Der Nationale Roadmap-Prozess für Forschungsin- Die Konzepte durchlaufen verschiedene Begutach-
frastrukturen ist ein strategisches Instrument zur tungsverfahren: Hohe wissenschaftliche Qualität,
forschungspolitischen Priorisierung von zukünftigen eine wirtschaftlich belastbare Planung und große
und langfristigen Investitionen. Er wurde durch das gesellschaftliche Bedeutung sind die wichtigsten Be-
Bundesforschungsministerium etabliert. Übergeord- wertungsmaßstäbe. Auf der Grundlage der Begutach-
netes Ziel dieses Prozesses ist es, geplante Forschungs- tungsergebnisse entscheiden das Bundesforschungs-
infrastrukturen nach einem einheitlichen, fairen und ministerium oder gegebenenfalls andere zuständige
transparenten Verfahren zu bewerten. Ressorts über die Aufnahme auf die Roadmap. Mit der
Aufnahme auf die Roadmap ist eine grundsätzliche
Forschungsinfrastrukturen im Sinne des Nationalen Finanzierungsabsicht verbunden.
Roadmap-Prozesses sind umfangreiche und langlebige18 Rahmenprogramm „ErUM“
T Teilchen M Materie U Universum
ESS
M
FLASH
European XFEL
PETRAIII
M
BER II
U MM BESSYII
LOFAR
M IBC
FAIR FELBE U
T FRM II M
U
ELI
KATRIN M
LHC/CERN LBT
M
T
M CRESST
GERDA
ESRF XENON1T
HFR/ILL
ANTARES
U U
ALMA U
VLT UU
ELT
U
Pierre-Auger-Observatorium
Das Bundesforschungsministerium sichert Forscherinnen und
Forschern aus Deutschland den Zugang zu weltweit führenden
Forschungsinfrastrukturen (Stand 2016).
3. Bau und Instrumentierung richtet der Bund Controlling- und Überwachungsmaß-
nahmen für die Bauphase ein. Beratungsgremien wer-
Der Bau einer solchen Forschungsinfrastruktur nimmt den eingesetzt, um die Planungs- und Bauphasen zu
mehrere Jahre in Anspruch. Nationale Forschungsin- unterstützen bzw. zu überwachen. Bereits parallel zum
frastrukturen in der naturwissenschaftlichen Grund- Bau wird die Entwicklung neuer Messmethoden und
lagenforschung werden zum überwiegenden Teil vom technischer Komponenten der geplanten Instrumen-
Bundesforschungsministerium finanziert – sowohl tierung durch Hochschulen vom Bund gefördert.
durch institutionelle Förderung als auch durch Projekt-
förderung. Das Bundesforschungsministerium stellt 4. Betrieb und Instrumentierung
daher hohe Ansprüche an die stringente Planung und
effiziente Umsetzung von Bauentscheidungen. Um den Mit der Inbetriebnahme steht eine neue Forschungs-
effizienten Ablauf der Bauprojekte zu gewährleisten, infrastruktur Nutzern aus der Wissenschaft sowie derHANDLUNGSFELD 1: DIE GROSSGERÄTELANDSCHAFT GESTALTEN 19
M IBR-2
ELI
M
T BELLE II
U MAGIC
H.E.S.S. U
IceCube
U → www.fis-landschaft.de
Industrie zur Verfügung. Das Management steuert die der Anlagen zu erweitern. Die Betreiber der Großgeräte
Forschungsinfrastrukturen und richtet sie unter Auf- reagieren mit gezielten Ausbauinvestitionen und Bei-
sicht seiner Gremien strategisch aus. In diesen vertritt trägen aus ihrer Grundfinanzierung auf neue Anforde-
das Bundesforschungsministerium die Interessen der rungen. Diese gemeinsamen Anstrengungen gewähr-
Bundesregierung. Wissenschaftliche Beratungsgremien leisten über Jahrzehnte die wissenschaftliche Exzellenz
sichern den exzellenzgeleiteten Auswahlprozess für der Forschungsinfrastrukturen.
die effiziente Nutzung der Forschungsinfrastrukturen.
Während des Betriebs werden die Großgeräte und ihre 5. Auslauf
Instrumentierung weiterentwickelt und an neueste
wissenschaftliche Fragen angepasst. Das Bundesfor- Um eine effektive Steuerung des Portfolios an For-
schungsministerium unterstützt dies mit der „Ver- schungsinfrastrukturen sicherzustellen, müssen regel-
bundforschung“: Diese Projektförderung ermöglicht mäßig Evaluationen auf strategischer und operativer
Arbeiten der Hochschulen, um das Leistungsspektrum Ebene erfolgen und gegebenenfalls tragfähige Aus-20 Rahmenprogramm „ErUM“
In Jordanien nutzt das multinationale Forschungszentrum
Umnutzung: Seit über fünf Jahrzehnten im SESAME Komponenten von BESSY I – die ehemalige
Dienst der Wissenschaft Photonenquelle trägt so zur Völkerverständigung bei.
Manchmal haben Anlagen nach dem Ende des eigent- soll die gemeinsame Forschungsanlage SESAME Brü-
lichen Experimentierprogramms die Chance auf eine cken zwischen Ländern aus der Region aufbauen: Ägyp-
zweite Karriere, wie etwa die Teilchenbeschleuniger des ten, Bahrain, Iran, Israel, Jordanien, Pakistan, die Paläs-
Forschungszentrums DESY. Die erste Anlage ging 1964 tinensische Autonomiebehörde, die Türkei und Zypern.
in Betrieb. Experimente liefen dort bis 1978. Seitdem
wird die Anlage als Vorbeschleuniger für andere, grö- Umweltverträgliche Stilllegung und Rückbau
ßere Speicherringe wie HERA und PETRA weiterver- von Großgeräten
wendet. Auch der Teilchenbeschleuniger PETRA wurde
nach seiner Betriebsphase weiter genutzt. 1978, als er Für den Rückbau der Großgeräte am Ende ihres Le-
anlief, war er der weltweit leistungsstärkste Speicher- benszyklus ist die betreibende Einrichtung verantwort-
ring für Elektronen und Positronen. Von 1990 bis 2007 lich. Ein Rückbau- und Entsorgungskonzept gehört
diente er unter dem Namen PETRA II als Vorbeschleu- deshalb in eine Gesamtbetrachtung der Kosten für den
niger des HERA-Speicherrings. Seit 2010 ist PETRA III Bau und den Betrieb einer Anlage.
die weltweit leistungsstärkste Synchrotronstrahlungs-
quelle ihrer Art. 2016 wurde die Anzahl ihrer Messplät- Der Rückbau und die Entsorgung von kerntechnischen
ze um mehr als 50 Prozent erweitert. Anlagen wie Forschungsreaktoren sind besonders an-
spruchsvoll: Die Einrichtungen müssen dabei speziel-
Wiederverwertung im Dienste der le atom- und strahlenschutzrechtliche Bedingungen
Völkerverständigung erfüllen. Zentrale Ziele sind der Strahlenschutz und
eine Minimierung des Abfallaufkommens. Dafür sind
Eine weitere Möglichkeit ist die Wiederverwertung oder entsprechende Dekontaminations- und Zerlegeverfah-
Weiternutzung des Großgerätes oder seiner Kompo- ren notwendig. Eine Besonderheit stellt der inzwischen
nenten an einem anderen Standort. Bewährte Mess- weit fortgeschrittene Rückbau der kerntechnischen
plätze des Geesthachter Forschungsreaktors werden Anlagen aus den 1970er bis 1990er Jahren dar, die der
beispielsweise als Bestandteil der Instrumentierung Erforschung der Nutzung der Kernenergie dienten. Das
des Forschungsreaktors PIK in Gatchina, Russland, Bundesforschungsministerium unterstützt die umwelt-
mitgenutzt. verträgliche Stilllegung und Entsorgung der Anlagen in
seinem Verantwortungsbereich durch die Kerntechni-
Die ehemalige Photonenquelle BESSY I bildet den sche Entsorgung Karlsruhe GmbH (KTE) oder die Jüli-
Grundstock für das erste multinationale Forschungs- cher Entsorgungsgesellschaft für Nuklearanlagen mbH
zentrum im Nahen Osten: SESAME in Allan, Jordanien. (JEN). Dies betrifft beispielsweise den Mehrzweckfor-
Ähnlich wie das CERN nach dem zweiten Weltkrieg ei- schungsreaktor in Karlsruhe oder den Atomversuchsre-
nen Beitrag zur Völkerverständigung in Europa leistete, aktor in Jülich.Sie können auch lesen
