PŘÍLOHA I

TECHNICKÝ A VĚDECKÝ POPIS

1. ÚČEL A OBLAST POUŽITÍ TOHOTO DOKUMENTU

Tento dokument popisuje vědecký účel a technické systémy, které bude konsorcium Extreme Light Infrastructure ERIC (konsorcium ELI ERIC) poskytovat výzkumným pracovníkům. Jsou v něm popsány konkrétní aspekty zařízení, která HOSTITELSKÉ ZEMĚ zpřístupní konsorciu ELI ERIC. Tento dokument má zásadní význam pro stanovení rozsahu a definice „provozu“ konsorcia ELI ERIC.

V dokumentu jsou uvedeny vědecké cíle a účel konsorcia ELI ERIC. V některých příslušných případech se odkazuje na „Bílou knihu“ ELI, která představuje primární technický dokument ELI před zahájením výstavby. Uznává se, že aspekty vize ELI popsané v uvedeném významném dokumentu zůstávají tytéž, ale pro účely tohoto dokumentu a vytvoření konsorcia ELI ERIC jsou popsána pouze technická zařízení poskytovaná zakládajícími hostitelskými členy konsorcia ERIC.

V dokumentu je shrnuta stávající vědecká oblast působnosti, jakož i technické aspekty ZAŘÍZENÍ ELI. Jsou v něm uvedeny rovněž prvky rozpočtu a harmonogramu na začátku provozu. Tyto informace jsou odkazem na stanovy konsorcia ELI ERIC, zejména na článek 22 nazvaný „Závazky a zdroje“, a slouží jako základ pro dohody mezi konsorciem ELI ERIC a vlastníky zařízení (hostitelskými institucemi) s cílem zpřístupnit ZAŘÍZENÍ ELI uživatelské komunitě. Jako takový je tento dokument nedílnou součástí stanov ELI ERIC při počátečním vytvoření konsorcia ELI ERIC a představuje základní referenční hodnotu ve vztahu k působnosti a poslání těchto zařízení.

2. ÚVOD A SOUVISLOSTI

Laserová výzkumná infrastruktura (Extreme Light Infrastructure) ERIC je mezinárodní laserové zařízení, jehož cílem je vytvořit nové interdisciplinární výzkumné příležitosti využívající extrémní světlo z nejvýkonnějších laserových zdrojů, které jsou v současné době k dispozici, a které je určeno pro výzkumné účely. Tyto lasery a od nich odvozené sekundární záření umožní bezprecedentní objevy v široké škále vědeckých oborů, jakož i společensky významné uplatnění.

Konsorcium ELI ERIC je v souladu s nařízením Rady (ES) č. 723/2009 (1) výzkumná infrastruktura nacházející se na jednom místě, která má kromě svého sídla více provozoven v hostitelských členských státech. Zařízení ELI se budou nacházet na dvou místech, a to v České republice a v Maďarsku. Jsou zpřístupňována mezinárodní vědecké komunitě uživatelů.

V roce 2018 byla udělena Nobelova cena za fyziku Gérardu Mourouovi a Donně Stricklandové za jejich práci na laserové technologii metody zesilování rozmítnutých (čerpovaných) pulsů (Chirped Pulse Amplification, CPA). Tato Nobelova cena je pro ELI v mnoha směrech výjimečná, protože v pravý čas upozorňuje na základní technologii, která umožňuje existenci extrémního laserového světla. Díky zařízením ELI bude možné, aby metoda CPA zpřístupnila bezprecedentní úrovně špičkového výkonu (viz obr. 1), což otevře řadu uplatnění v oblasti základní vědy i společenských přínosů.

Konkrétním cílem konsorcia ELI ERIC je řešit dvě „velké výzvy“, které byly původně uvedeny v Bílé knize ELI a jsou stále významné a jejichž cílem je vyvinout:

— zařízení s vysokoenergetickými paprsky a rentgenovými paprsky: ultraktrátké pulsy paprsků energetických částic (> 10 GeV) a záření (až několik MeV) vytvářené pomocí kompaktních urychlovačů laserového plazmatu.

— Attosekundová věda: snímky dynamiky elektronů v atomech, molekulách, plazmatu a pevných látkách v procesech trvajících v rozmezí attosekund.

Zejména:

— Zařízení ELI-Beamlines v Dolních Břežanech (u Prahy) v České republice bude zaměřeno na vývoj sekundárních zdrojů ultrakrátkých pulsů záření a částic a jejich multidisciplinární aplikaci v molekulární vědě, biomedicíně a materiálové vědě, fyzice hustého plazmatu, teplé husté hmotě a laboratorní astrofyzice. Zařízení bude navíc využívat své vysoce výkonné lasery s vysokou opakovací frekvencí pro experimenty v oblasti fyziky vysokých polí se soustředěnou intenzitou na úrovni 1023 W/cm2 při výzkumu fyziky exotického plazmatu a nelineárních kvantově-elektrodynamických efektů. — Zařízení ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) v maďarském Szegedu představuje unikátní zařízení, které poskytuje světelné zdroje pohybující se v rozmezí THz (1012 Hz) a rentgenové zdroje (1018 – 1019 Hz) ve formě ultrakrátkých pulsů s vysokou opakovací frekvencí. Zařízení ELI-ALPS se bude věnovat extrémně rychlé dynamice na základě snímků dynamiky elektronů v atomech, molekulách, plazmatu a pevných látkách v procesech trvajících typicky attosekundy (10–18 s). Bude rovněž provádět výzkum s využitím laserů s ultravysokou intenzitou.

Zařízení ELI budou poskytovat soubor nejvýkonnějších systémů s nejkratšími pulsy, které jsou v současné době k dispozici. Přesněji řečeno ELI bude první infrastrukturou věnovanou základnímu studiu interakce laseru s hmotou v ultrarelativistickém režimu (I > 1024 W/cm2). Tato zařízení již nyní testují novou generaci inovativních, velmi kompaktních tzv. beamlines (zdrojů záření a paprsků částic), které generují svazky energetických částic a záření v trvání několika femtosekund (10–15 s) až attosekund (10–18 s).

Vzhledem k této široké škále výzkumných činností se očekává, že zařízení ELI budou významným společenským přínosem a stanou se motorem inovací ve střednědobém i dlouhodobém horizontu, včetně lepší onkologické léčby (paprsky ionizujícího záření), lékařského a biomedicínského zobrazování, nové generace fotoniky a vývoje nových metod zpracování jaderného odpadu prostřednictvím transmutace.

Zařízení ELI dohromady zaujímají rozlohu téměř 54 000 m2 na dvou místech a předpokládá se, že na nich bude působit až 600 vědců, inženýrů, techniků a podpůrných pracovníků.

Obrázek 1

Nejvyšší soustředěné intenzity v čase (*1)

„Bílá kniha“ ELI v podobě, v jaké byla původně předložena v roce 2011, představovala vizi zařízení posunujícího hranice „extrémního světla“ a laserové technologie, která je v současné době stejně významná jako kdykoli dříve:

„Dnešní nejvyšší specifikace vysoce výkonných laserových systémů se vyznačují špičkovým výkonem mezi jedním a dvěma petawatty (PW) při velmi nízkých (sub Hz) opakovacích frekvencích, což se v průběhu více než jednoho [nyní již dvou] desetiletí nezměnilo. Většina systémů s vysokým výkonem se však i nadále nachází na úrovni 100 TW. Konsorcium ELI a jeho předchůdci na národních úrovních, jako jsou například projekty ILE a Vulcan-10PW, zvýší špičkový výkon jednotlivých laserů (modulů) na režim 10 PW nebo několikanásobek 10 PW při mnohem vyšších opakovacích frekvencích, což představuje řádové zvýšení obou těchto parametrů.“

Tato vize otevírá cestu k ještě výkonnějším kombinovaným koherentním laserovým systémům o výkonu 100 PW, které mají být realizovány v budoucích zařízeních ELI na základě technologií, které jsou v zařízeních ELI využívány poprvé. Tyto systémy umožňují nový typ interakce, který poprvé nabízí možnost proniknout za hranice atomové fyziky a zkoumat vrstvy hmoty relevantní pro jadernou fyziku, fyziku vysokoenergetických částic a astrofyziku, což jsou oblasti, jejichž studium až dosud probíhalo pomocí urychlovačů vysokoenergetických částic. Předpokládá se, že ELI může přinést zcela nový přístup ke zkoumání základních fyzikálních jevů. Ultrarelativistická intenzita laseru je podstatou ELI, která:

— vede k nejvyššímu elektromagnetickému poli,

— umožňuje světlu pohybovat hmotou, elektrony a ionty relativistickou rychlostí,

— vede k vytváření souvislého nebo nesouvislého vysokoenergetického záření X (rentgenového) nebo γ (gamma),

— umožňuje produkovat mnohem kratší pulsy, než je v současné době možné, dokonce kratší, než je řád attosekond.

Tyto čtyři jedinečné vlastnosti samy o sobě nebo v kombinaci nabízejí nový soubor výkonných nástrojů pro studium strukturní dynamicky.

3. ZAŘÍZENÍ ELI VE VZTAHU KE KONSORCIU EXTREME LIGHT INFRASTRUCTURE ERIC

Přístup k zařízením ELI bude konkurenční, mezinárodní a otevřený uživatelům z členských států i mimo ně na základě čl. 2 odst. 2 písm. a) stanov konsorcia ELI ERIC, jakož i politik v oblasti přístupu uživatelů konsorcia ELI ERIC, které jsou definovány v článku 6 stanov konsorcia ELI ERIC, a zásad stanovených v chartě Evropské unie pro přístup k výzkumným infrastrukturám (2). Každý „přístup uživatelů“ musí být předmětem vzájemného hodnocení. Konsorcium ELI ERIC zajistí společný přístupový bod pro uživatele reagující na jednotnou výzvu k předkládání návrhů, který bude integrovaným způsobem zahrnovat všechny dostupné schopnosti zařízení ELI.

Z vědeckého hlediska se jedná o „otevřený“, přístup, což znamená, že zařízení ELI jsou otevřena potenciálním výzkumným pracovníkům z členských i nečlenských zemí. Návrhy jsou konkurenční, přičemž „otevřený“ rovněž znamená, že údaje a jejich případné použití v publikacích musí být dostupné a přezkoumatelné pro všechny.

Kromě „otevřeného“ přístupu existuje také přístup „soukromý“, který si platí konkrétní uživatel, a výsledky ve formě údajů proto mohou být majetkem tohoto uživatele a mohou být „uzavřené“.

A konečně budou také k dispozici možnosti přístupu ve vztahu k cílům založeným na „poslání“. Tím může být tematicky řízený výzkum v konkrétních oborech, a může to zahrnovat rovněž technologický rozvoj související se spoluprací v oblasti inovací a zadávání zakázek. Odborná příprava a vzdělávání v oblasti kapacit je pro členy a pro Evropský výzkumný prostor prioritou, ale může se vztahovat i na jiné subjekty než členy.

Hostitelští členové se zavazují, že jako součást svého příspěvku zpřístupní zařízení ELI konsorciu ELI ERIC. Tento beznákladový příspěvek hostitelských členů je ve veřejném zájmu a náklady na investice do výstavby se neamortizují ani nezohledňují v provozních nákladech. Pojem dostupnosti nevyžaduje, neznamená ani nevylučuje převod vlastnictví zařízení, ať již zčásti, nebo zcela. Význam dostupnosti v těchto konkrétních souvislostech je definován a dohodnut mezi konsorciem ELI ERIC a jeho hostitelskými členy jako neomezený přístup k příslušným zařízením, kontrola nad nimi a odpovědnost za ně. Je právně upraven prostřednictvím zvláštních dohod o provozu zařízení mezi konsorciem ELI ERIC, daným hostitelským členem a případně vlastníky zařízení ELI.

Tyto dohody se týkají jejich provozu, podpory a řízení a budou odkazovat přímo na stanovy konsorcia ELI ERIC, které tvoří jejich právní základ. Zohledňují již existující přísliby závazky a povinnosti včetně těch, které jsou definovány ve výkonných projektech evropských strukturálních a investičních fondů (dále jen „fondy ESI“). Tyto dohody jsou dále projednávány v rámci modelu řízení provozu konsorcia ELI ERIC a zahrnují dva typy mezníků ve vztahu k dostupnosti:

— Technické mezníky – jsou popsány níže, zejména konkrétní soubory nástrojů a pokusné stanice, funkční a připravené k použití, doporučené hodnotící komisí, jejímiž členy jsou nezávislí odborníci, a schválené valným shromážděním konsorcia ELI ERIC;

— Organizační mezníky – organizační mezníky jsou stanoveny nezávisle pro každé zařízení ELI.

Tento přístup musí být v souladu s deklarovaným cílem stanov konsorcia ELI ERIC, jímž je fungovat jako jediný právní subjekt a vyvíjet se obdobným směrem jako jiné přední výzkumné infrastruktury, tj. směrem k jediné integrované organizaci a řízení, jak je uvedeno v čl. 3 odst. 1 stanov konsorcia ELI ERIC.

V následujících oddílech je uveden podrobný popis jednotlivých zařízení ELI a je zde rovněž definována základní vědecká a technická povaha každého z nich. To tvoří důležitý základ pro výše popsaný přístup ke zpřístupnění zařízení ELI. Popsán je rovněž harmonogram dostupnosti jednotlivých zařízení z hlediska „přístupu uživatelů“ a odhadované náklady na budoucí provoz jednotlivých zařízení za první tři roky, které zahrnují první dva roky „stabilního provozu“. Tyto oddíly popisují současný právní status jednotlivých zařízení ELI a to, jak může ovlivnit budoucí přístup ve vztahu ke konsorciu ELI ERIC.

4. ZAŘÍZENÍ ELI ATTOSECOND LIGHT PULSE SOURCE (ELI-ALPS)

Zařízení ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) v Szegedu (Maďarsko) zpřístupní mezinárodní komunitě v rámci konsorcia ELI ERIC širokou škálu zdrojů záření a částic, které při stabilních specifikacích a robustním způsobu provozu vydávají energetické ultraktrátké pulsy a koherentní záření v řádu attosekund (10–18 s). Jedná se o zařízení na jednom místě a „na zelené louce“ o rozloze přes 24 000 m2, v němž bude dle předpokladů zaměstnáno přibližně 200 pracovníků.

Zařízení ELI-ALPS v současné době vlastní a buduje nezávislá státní nezisková společnost ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), jejímž vlastníkem je z 90 % maďarský stát a z 10 % místní zúčastněné strany. Společnost ELI-HU má v Maďarsku plnou autonomii a právní subjektivitu.

4.1. Technická struktura a zdroje

Hlavním posláním výzkumného zařízení ELI-ALPS v Szegedu je zpřístupnit širokou škálu zdrojů ultrakrátkých světelných pulsů skupinám uživatelů z mezinárodní vědecké komunity. Významnou výzkumnou iniciativu této infrastruktury představují laserem buzené sekundární zdroje vyzařující koherentní ultrafialové (XUV) a rentgenové záření v attosekundových pulsech. Sekundárním účelem tohoto zařízení je přispět k nezbytnému vědeckému a technologickému vývoji potřebnému pro lasery s vysokou špičkovou intenzitou a vysokým průměrným výkonem.

Tabulka 1

ELI-ALPS, Předpokládané parametry výkonu pro laserové zdroje na výstupu laseru

PRIMÁRNÍ LASEROVÉ ZDROJE Špičkový výkon Průměrný výkon Energie pulsu Trvání pulsu Opakovací frekvence ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cyklu < 1,9 cyklu 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ 1,8 cyklu (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cykly (< 42 fs) 100 kHz MIR HE předpokládaná modernizace ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ @ 3μm ~ 20 mJ @ 1,5μm 3 cykly (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cyklu (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 předpokládaná modernizace ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cyklu (~ 8fs) 1 kHz SYLOS Experiment Alignment 3 TW 0,4 W > 40 mJ < 12 fs 10 Hz HF PW > 2 PW 340 W 34 J 17 fs 10 Hz THz čerpací laser > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

Infrastruktura ELI-ALPS poskytuje uživatelům v oblasti vědeckého výzkumu a průmyslového využití primární laserové pulsy ve spojení s širokou škálou synchronizovaných sekundárních pulsů světla a částic. Mezi výjimečné vlastnosti parametrů zdrojů patří:

— Ultrakrátké pulsy od terahertzových/infračervených po petahertzové/ultrafialové, s impozantní opakovací frekvencí 10 Hz až 100 kHz.

— Attosekundové, extrémně ultrafialové, měkké a tvrdé rentgenové pulsy s opakovací frekvencí 10 Hz – 100 kHz a s pulsní energií pohybující se od několika málo μ(micro)J po mJ

— Relativistické a ultrarelativistické částice a prostorově koherentní zdroje rentgenového záření v trvání v řádu femtosekund.

— Řízené ultra-relativistické tvary pulsů s ultravysokým kontrastem při opakovací frekvenci několika Hz a kHz.

Souběžným posláním ELI-ALPS je přispívat spolu s druhým zařízením ELI k technologickému vývoji směřujícímu k laserům s vysokým špičkovým výkonem a vysokým průměrným výkonem, zejména pro účely attovědy a příslušného využití. Souběžná existence attosekundových pulsů a nejmodernějších laserů včetně laserů třídy PW ve stejném zařízení nabízí jedinečné možnosti pro časově rozlišené zkoumání nerelativistických i relativistických interakcí světla se všemi čtyřmi skupenstvími hmoty.

Zařízení ELI-ALPS se specificky zaměřuje na stimulaci průmyslových aplikací prostřednictvím doprovodných účinků, přičemž bere v úvahu také možný silný dopad na okolní území, na němž se bude nacházet velký vědecký park.

Tabulka 2

Mezníky zařízení ELI-ALPS pro laserové zdroje

DOSTUPNOST LASEROVÝCH ZDROJŮ ELI-ALPS ZAHÁJENÍ UVÁDĚNÍ DO PROVOZU PŘÍSTUP PRO UŽIVATELE HR1 10.2017 Dostupné (0,8 mJ, < 1,9 cyklu) 11.2021 (kompletní specifikace) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 Dostupné MIR HE – PŘEDPOKLÁDÁ SE MODERNIZACE 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 Dostupné SYLOS3 – PŘEDPOKLÁDÁ SE MODERNIZACE 10.2022 1.2023 SYLOS EXP ALIGNMENT 12.2018 Dostupné HF PW 5.2018 10.2021 ČERPADLO THZ 1.2021 3.2021

4.2. Pokusné stanice

Obrázek 2

Uspořádání pokusných stanic ELI-ALPS

Zařízení ELI-ALPS nabízí řadu nejmodernějších ultrakrátkých vysoce intenzivních laserových pulsů v kombinaci s nejmodernějšími sekundárními zdroji a pokročilými koncovými stanicemi pro uživatele, které vytvoří vynikající prostředí pro základní i aplikovaný vědecký výzkum. Existuje několik oblastí, v nichž bude zařízení ELI-ALPS od samého počátku světovou špičkou:

— věda zabývající se valenčními a jádrovými elektrony – dynamiku valenčních a jádrových elektronů v malých systémech lze individuálně monitorovat a řídit pomocí interakcí attosekundových pulsů.

— vizualizace ultrarychlé strukturální dynamiky a korelační efekty – kombinace zdrojů s ultrakrátkými pulsy a krátkými vlnovými délkami umožňují vizualizaci dynamiky náboje v komplexních a (silně) korelovaných systémech.

— ultrarychlá dynamika povrchů a kondenzované hmoty – vysokorepetiční zdroje attosekundových pulsů přesahující současnou technologickou úroveň ve spojení se sofistikovanou koncovou stanicí pro uživatele NanoEsca otevírají jedinečné příležitosti v oblasti vědy zabývající se povrchy a kondenzovanou hmotou.

— plazmatická attověda – relativistické pulsy obsahující pouze několik cyklů nebo PW pulsy s nadprůměrným prostorovým a časovým kontrastem by byly využity pro studium, optimalizaci a aplikaci dílčích emisních procesů při zkoumání relativistické dynamiky povrchů, relativistického utváření pulsů, radiobiologie atd.

— výzkum záření THz – ve frekvenčním rozsahu 0,1–2 THz budou k dispozici zdroje vysoce intenzivního ultrakrátkého THz záření s bezprecedentní špičkovou intenzita elektrického pole (až 5 MV/cm) a energií pulsu 1 mJ.

Díky této jedinečné kombinaci vysokorepetičních zdrojů záření v rámci ELI, která pokrývá celé elektromagnetické spektrum od rentgenového záření až po vzdálené infračervené a THz záření, je toto zařízení velmi atraktivní z hlediska výzkumu komplexních aplikovaných systémů. Oblasti aplikovaného výzkumu zahrnují nové zdroje attosekundových pulsů, nové zdroje částic, nanotechnologii, kulturní dědictví, biologické zobrazování a biomedicínské využití, jako je například pokročilá fázová kontrastní tomografie a multidimenzionální spektroskopie.

Tabulka 3

Mezníky sekundárních zdrojů zařízení ELI-ALPS

SEKUNDÁRNÍ ZDROJE ELI-ALPS ZAHÁJENÍ UVÁDĚNÍ DO PROVOZU PŘÍSTUP PRO UŽIVATELE GHHG HR1 & 2 GAS (LTA4) 8.2018 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG HR1 & 2 CONDENSED (LTA3) 10.2020 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) 3.2020 7.2021 GHHG SYLOS LONG (LTA1) 1.2021 2.2022 SHHG SYLOS (MTA) 11.2021 1.2023 SHHG HF (HTA) 6.2022 1.2023 MIR HE GENERATED ATTO – PŘEDPOKLÁDANÁ MODERNIZACE 1.2023 4.2023 THZ SPECTROSCOPY (THZ) 10.2019 2.2020 THZ HIGH ENERGY (THZ) 7.2021 12.2021 ELECTRON – SYLOS (MTA) 12.2021 4.2022 ELECTRON PW – PŘEDPOKLÁDANÁ MODERNIZACE (HTA) 1.2023 4.2023 ION BEAMLINE – POTENCIÁLNÍ MODERNIZACE 9.2023 12.2024





Tabulka 4

Mezníky cíle pokusných stanic zařízení ELI-ALPS

POKUSNÉ STANICE ELI-ALPS ZAHÁJENÍ UVÁDĚNÍ DO PROVOZU PŘÍSTUP PRO UŽIVATELE REAKČNÍ MIKROSKOP 6.2021 9.2021 KONCOVÁ STANICE SPEKTROMETRU VMI 8.2020 10.2020 STANICE KONDENZOVANÉHO STAVU (NANOESCA) 12.2019. 6.2020 (samostatně) 7.2021 (s attosekundami) ELEKTRONOVÝ SPEKTROMETR NA PRINCIPU INVERZNÍHO MAGNETICKÉHO ZRCADLA 4.2021 12.2021 NANOVĚDA A & NANOVÝROBA 6.2018 12.2019 BETATRONOVÉ ZOBRAZOVÁNÍ – PŘEDPOKLÁDANÁ MODERNIZACE 4.2023 12.2023 STANICE PRO KONTROLU CHEMICKÝCH REAKCÍ 6.2020 8.2020 KONCOVÁ STANICE S KAPALNÝM PAPRSKEM 4.2022 8.2022 MULTIDIMENZIONÁLNÍ SPEKTROSKOPIE (FEMTOBIOLOGIE)– PŘEDPOKLÁDANÁ MODERNIZACE 8.2021 12.2021 HIGH FIELD PHYISC STATION (PW TARGET AREA) STANICE FYZIKY VYSOKÝCH POLÍ (CÍLOVÁ OBLAST PW) 12.2022 2.2023 RADIOBIOLOGIE / BIOMEDICÍNA 8.2018 2.2020

Výše uvedená tabulka uvádí stanice, které by měly být dle předpokladu v nadcházejících letech dány k dispozici konsorciu ELI ERIC v rámci „přístupu uživatelů“. Jedná se o zásadní technické mezníky zařízení ELI-ALPS a Maďarska jako hostitelské země ve vztahu ke konsorciu ELI ERIC. Předpokládá se, že stanice budou k dispozici v různých časových úsecích. Bude se mít za to, že po otevření konečné pokusné stanice pro přístup uživatelů zařízení vstoupí do režimu „stabilního provozu“. Výše uvedená tabulka navíc uvádí předpokládanou modernizaci zařízení, která bude předmětem budoucího přezkumu a úvah konsorcia ELI ERIC

Jakmile začne uvádění primárních laserových a urychlovačových zdrojů do provozu, pomohou skupiny včasných uživatelů při charakterizaci těchto zdrojů a při dokončení výstavby pokusných stanic. Tyto činnosti jsou řízeny a iniciovány přímo prostřednictvím zařízení ELI-ALPS. Vzhledem k tomu že, první lasery (MIR, HR1) byly uvedeny do provozu koncem roku 2017, byly od té doby již zpřístupněny prvním mezinárodním skupinám uživatelů za účelem pomoci při uvádění do provozu (FORTH Řecko, ETH Curych, CEA Francie, Hebrejská univerzita, univerzita ve Freiburgu, univerzita v Aarhusu, Université de Limoges, MPQ Garching, Univerzita Friedricha Schillera v Jeně, Institute of Science & Technology v Kwangdžu v Jižní Korei, Wignerův výzkumný ústav v Maďarsku).

Vzhledem k tomu, že každá pokusná stanice projde uvedením do provozu a přejde do režimu online, přičemž je podporována funkčním primárním zdrojem a/nebo sekundárním zdrojem, může být zahájen program přístupu uživatelů a konsorcium ELI ERIC může začít přijímat nabídky na tyto stanice.

Potvrzení a přijetí jednotlivých pokusných stanic bude monitorováno a uskuteční se formální „přezkum schválení uvedení do provozu“, který provede skupina skládající se z nezávislých odborníků a z odborníků ze zařízení ELI-ALPS a z druhého zařízení ELI, kteří potvrdí připravenost zařízení pro uživatele a vydají formální doporučení výboru ISTAC a valnému shromáždění konsorcia ELI ERIC.

4.3. Přístup uživatelů a provozní režimy

Uživatelé dalších předních laserových a výzkumných zařízení budou s režimem přístupu dobře seznámeni. Předpokládá se, že trvání experimentů se bude počítat na dny a v některých případech na týdny. Celkově je cílem, aby toto zařízení bylo dostupné [220 dnů v roce x 8 hodin denně], tj. celkem 1 760 hodin v roce.

4.4. Aspekty týkající se provozu a vztahu mezi konsorciem ELI ERIC a ELI-ALPS

Řízením přístupu k zařízení ELI-ALPS po jeho zpřístupnění je pověřeno konsorcium ELI ERIC, avšak fyzickou část zařízení vlastní a na začátku bude přímo řídit společnost ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU). Jedná se o „výzkumnou organizaci“ pro účely pravidel státní podpory týkajících se výzkumu a vývoje.

Kromě významných technických a vědeckých mezníků uvedených výše existují také mezníky organizační, spojené s celkovým začleňováním zařízení ELI-ALPS do konsorcia ELI ERIC. Tyto organizační mezníky jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka 5

Odhadované organizační mezníky přechodu zařízení ELI-ALPS

INTEGROVANÝ ORGANIZAČNÍ MODEL ELI-ALPS 2020 2021 2022 SPRÁVA X X X VĚDECKÁ POLITIKA X X X PŘÍSTUP UŽIVATELŮ — X X ROZPOČET — X X POLITIKA ZAMĚSTNANOSTI — — X SPRÁVA TECHNOLOGIÍ — — X SPRÁVA ZAŘÍZENÍ — — X ZÁKONNÁ ODPOVĚDNOST — X X ADMINISTRATIVA — X X

V případě zařízení ELI-ALPS budou činnosti přecházet na konsorcium ELI ERIC v průběhu minimálně dvouletého období, přičemž některé činnosti přejdou na konci tohoto období. To společně s technickými mezníky uvedenými pro pokusné stanice pomůže stanovit celkový plán přechodu.

Následující tabulka uvádí odhadované náklady související s přístupem uživatelů v rámci zařízení ELI-ALPS na provoz zařízení pro konsorcium ELI ERIC počínaje obdobím 2020–2021, tj. přechodným obdobím. Jedná se o období, kdy se předpokládá přechod odpovědnosti za řízení v oblasti pravomocí, zdrojů a aktiv ze společnosti ELI-HU na konsorcium ELI ERIC.

Tabulka 6

Odhadované náklady na přístup k zařízení ELI-ALPS

(EUR) ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Přímé náklady na zaměstnance 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Přímé náklady na hardware 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Náklady na zaměstnance + HW 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Náklady na zaměstnance + HW %/Celkem 27 % 37 % 42 % 42 % Nepřímé náklady 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 Celkové náklady ELI-ALPS 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

Zařízení ELI-Beamlines (ELI-BL) v Dolních Břežanech u Prahy (Česká republika) již svým názvem podtrhuje svou schopnost podporovat více různých experimentů pro celou řadu uživatelů a nabídku dostupnosti různých laserových zařízení. Jeho cílem je poskytovat vysokoenergetické a vysokorepetiční možnosti. Jedná se o zařízení na jednom místě a „na zelené louce“ o rozloze přes 30 000 m2, v němž bude dle předpokladů zaměstnáno přibližně 200 až 300 pracovníků uživatelské podpory.

Toto zařízení vlastní a spravuje Fyzikální ústav Akademie věd České republiky, který má v České republice plnou autonomii a právní subjektivitu jako veřejná výzkumná instituce

5.1. Technická struktura a zdroje

Tabulka 7

Předpokládané parametry výkonnosti laserových zdrojů ELI-BL

PRIMÁRNÍ LASEROVÉ ZDROJE Špičkový výkon Energie v pulsu Trvání pulsu Opakovací frekvence ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, dvoubarevné 100 TW ≥ 3 J OPCPA /1 mJ MIR ≤ 20 fs 20 Hz L3 ≥ PW ≥ 30 J ≤ 30 fs 10 Hz L4f 10 PW ≥ 1,5 kJ ≤ 150 fs 1 výstřel za minutu L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 výstřel za minutu L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs – 150 ps 1 výstřel za minutu Astrella 6 & 10mJ 20 fs 1 kHz Biolaser 6 mJ CEP stabilizace 20 fs 1 kHz





Tabulka 8

Data mezníků přístupu k zařízení ELI-BL Beamlines

LASEROVÉ ZDROJE ELI-BL ZAHÁJENÍ UVÁDĚNÍ DO PROVOZU PŘÍSTUP PRO UŽIVATELE L1 1.2018 12.2019 (30 mJ) 12.2020 (50 mJ) 12.2021 (100 mJ) L2 1.2022 6.2022 L3 11.2017 7.2018 (0,4 PW) 12.2019 (1 PW) L4F 9.2018 6.2020 L4N 9.2018 1.2021 L4P 6.2022 12.2022 ASTRELLA 2.2018 4.2018 BIOLASER 4.2018 6.2018

Velký důraz je kladen na možné využití v různých oblastech společenského významu, jako je například medicína nebo biologie. Zařízení ELI-BL se společně s připojeným Centrem HiLASE (které rovněž vlastní a řídí Fyzikální ústav Akademie věd České republiky) zabývá vývojem a přenosem laserové technologie, což již nyní slouží k přilákání firem a podniků typu spin-off v různých oborech nacházejících se v tzv. regionu STAR (Science and Technology Advanced Region, region špičkové vědy a technologie) obklopujícím zařízení ELI-BL, a vytváří příznivé prostředí pro intenzivní spolupráci mezi výzkumem a průmyslem.

5.2. Pokusné stanice

Obrázek 3

Uspořádání pokusných stanic v zařízení ELI-BL

Ultrakrátké a ultraintenzivní pulsy světla a částic generované prostřednictvím interakce s pevnolátkovými a plynnými terči umožní uskutečnění širokého spektra projektů základního a aplikovaného výzkumu v oblasti chemie, biologie, lékařských technologií, vývoje nových materiálů a v dalších oblastech. Výzkumné činnosti v rámci zařízení ELI-BL jsou rozčleněny do šesti experimentálních hal.

Tabulka 9

Sekundární zdroje/Beamlines a mezníky zařízení ELI-BL

SEKUNDÁRNÍ ZDROJE ELI-BL ZDROJ ZAHÁJENÍ UVÁDĚNÍ DO PROVOZU PŘÍSTUP PRO UŽIVATELE E1: ZDROJE RENTGENOVÉHO ZÁŘENÍ HHG 2.2018 1.2019 E1: ZDROJE RENTGENOVÉHO ZÁŘENÍ PXS 3.2018 4.2019 E2: ZDROJE RENTGENOVÉHO ZÁŘENÍ Betatron 6.2019 11.2019 E2: ZDROJE RENTGENOVÉHO ZÁŘENÍ – FINANCOVANÁ MODERNIZACE Compton 1.2020 12.2020 E5: LASEROVÉ UNDULÁTOROVÉ RENTGENOVÉ ZDROJE LUIS 3.2019 6.2020 E4: URYCHLOVÁNÍ IONTŮ ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: URYCHLOVÁNÍ ELEKTRONŮ HELL 1.2019 3.2020





Tabulka 10

Pokusné stanice a mezníky zařízení ELI-BL

POKUSNÉ STANICE ELI-BL STANICE ZAHÁJENÍ UVÁDĚNÍ DO PROVOZU PŘÍSTUP PRO UŽIVATELE E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNÍ APLIKACE MAC 4.2018 1.2019 E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNÍ APLIKACE Trex 6.2018 5.2019 E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNÍ APLIKACE SRS 6.2018 3.2019 E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNÍ APLIKACE ELIps 9.2018 3.2019 E2: ZDROJE RENTGENOVÉHO ZÁŘENÍ – FINANCOVANÁ MODERNIZACE Stanice Compton 7.2021 7.2022 E5: LASEROVÉ UNDULÁTOROVÉ RENTGENOVÉ ZDROJE Stanice LUIS 3.2019 6.2021 E3: PLATFORMA PRO FYZIKU PLAZMATU P3 9.2018 10.2020 E4: URYCHLOVÁNÍ IONTŮ ELIMED 11.2018 1.2021 E5: URYCHLOVÁNÍ ELEKTRONŮ Stanice ELBA 1.2019 7.2021

Experimentální hala E1 je vybavena laserem buzenými zdroji krátkovlnného záření a experimentálními koncovými stanicemi pro aplikace v oblasti molekulární, biomedicínské a materiálové vědě. Experimenty využijí synchronizované laserové fotonové paprsky v rozsahu VUV a tvrdého rentgenového záření (High Harmonics Source – zdroj ultrakrátkých EUV pulsů vysílaných v koherentním paprsku s nízkou divergencí a Plasma X-ray Source – femtosekundové pulsy rentgenového záření v spektrálním rozsahu 4-30 keV).

Nástroje zahrnují:

— MAC: víceúčelová komora pro atomové, molekulární a optické vědy a pro koherentní difrakční zobrazování.

— ELIps: VUV elipsometr pro experimenty se sub-ps rozlišením; koncová stanice pro studium materiálů prostřednictvím VUV a měkkého rentgenového záření.

— Stanice využívající tvrdé rentgenové záření Modulární stanice pro experimenty s časovým rozlišením jako je například rozptyl, difrakce, spektroskopie a zobrazování pomocí rentgenovéhozáření.

— „Pump-probe“ spektroskopicke techniky: Moderní stanice pro optickou spektroskopii včetně stimulovaného Ramanova rozptylu; zdroj široké škály synchronizovaných paprsků typu „pump“ od UV až po IR a THz.

Experimentální hala E2 je věnována generaci ultrakrátkých a jasných pulsů tvrdého rentgenového záření. Bude zde k dispozici laser třídy PW s opakovací frekvencí 10 Hz. Lze zde nastavit řadu parametrů včetně intenzity laseru, velikosti laserové stopy, délky pulsu a hustoty elektronů v plynu. Elektrony jsou urychlovány na relativistické energie a jako wiggler slouží buď samotná plazma (zdroj Betatron), nebo druhý laserový puls (zdroj Compton). Intenzivní rentgenové nebo gama paprsky v řádu femtosekund jsou vyzařovány zdrojem mikronové velikosti. Uživatelé si mohou vyžádat úzké spektrum (10 % rozložení energie) nebo širokopásmové záření v rozsahu spektra od keV po několik málo MeV.

Platforma pro fyziku plazmatu, která se nachází v experimentální hale E3, je multifunkční experimentální infrastrukturou určenou k provádění výzkumu interakce laseru s hmotou. Výzkum bude zaměřen zejména na následující oblasti:

— Fyzika vysokoenergetické hustoty (HEDP)

— Teplá hustá hmota (WDM)

— Plazmová optika (PO)

— Laboratorní astrofyzika (LA)

— Interakce s ultravysokou intenzitou (UHI).

Experimentální hala E4 umožňuje uživatelům testovat různé vzorky pomocí zdrojů laserem urychlovaných iontů díky transportu paprsků iontů a dozimetrie, jakož i zkoumat inovativní schémata pro laserové urychlování iontů, která lze provádět ve flexibilní interakční komoře. Zařízení ELIMAIA umožní uživatelům zkoumat mezioborové aplikace laserového urychlování iontů, jako je například in-vitro radiační biologie a preklinické studie v rámci mezinárodní spolupráce ELIMED.

V experimentální hale E5 se nachází zařízení LUIS beamline, přičemž tato hala je věnována uživatelům, kteří mají zájem o ozařování různých vzorků pomocí nejpokročilejších technik. Nachází se zde rovněž platforma ELBA, flexibilní experimentální stanice věnovaná uživatelům, kteří chtějí testovat inovativní koncepty a využívat nejmodernější technologie urychlování elektronů laserem na úrovni několika GeV.

Kromě původního rozsahu zařízení ELI-BL uvádí výše uvedená tabulka navíc již financovaná zvýšení kapacity a modernizace uvedeného zařízení prostřednictvím specializovaných projektů ADONIS, HIFI a ELIBIO, které budou předmětem budoucího přezkumu a úvah konsorcia ELI ERIC.

Potvrzení a přijetí jednotlivých pokusných stanic bude monitorováno a bude proveden formální „přezkum schválení uvedení do provozu“, který provede skupina skládající se z nezávislých odborníků, odborníků z ELI-BL a odborníků z druhého zařízení ELI, kteří potvrdí připravenost zařízení pro uživatele a vydají formální doporučení výboru ISTAC a valnému shromáždění konsorcia ELI ERIC.

5.3. Přístup uživatelů a provozní režimy

Uživatelé dalších předních laserových a výzkumných zařízení budou s režimem přístupu dobře seznámeni. Předpokládá se, že trvání experimentů se bude počítat na dny, v některých případech na týdny. Celkovým cílem zařízení je být k dispozici [220 dnů v roce x 8 hodin denně], celkem 1 760 hodin ročně.

5.4. Aspekty týkající se provozu a vztahu mezi konsorciem ELI ERIC a ELI-BL

Řízením přístupu k zařízení ELI-BL po jeho zpřístupnění je pověřeno konsorcium ELI ERIC, avšak fyzickou část zařízení vlastní a na začátku bude přímo řídit Fyzikální ústav Akademie věd České republiky, který má v České republice plnou samostatnost a právní subjektivitu. Jedná se o „výzkumnou organizaci“ pro účely státní podpory na výzkum a vývoj.

Kromě výše uvedených významných technických a vědeckých mezníků existují také mezníky organizační, které souvisejí s celkovým začleněním zařízení ELI-BL do konsorcia ELI ERIC. Tyto organizační mezníky jsou uvedeny v následující tabulce a podrobně popsány v dodatku „Model řízení provozu“.

Tabulka 11

Odhadované organizační mezníky přechodu ELI-BL

INTEGROVANÝ MODEL ELI-BL 2020 2021 2022 SPRÁVA X X X VĚDECKÁ POLITIKA X X X PŘÍSTUP UŽIVATELŮ — X X ROZPOČET — X X POLITIKA ZAMĚSTNANOSTI — — X SPRÁVA TECHNOLOGIÍ — — X PÉČE O LOKALITU — — X ZÁKONNÁ ODPOVĚDNOST — X X ADMINISTRATIVA — X X

Česká republika se zavazuje zpřístupnit konsorciu ELI ERIC plnou kapacitu zařízení ELI-BL.

Níže uvedená tabulka uvádí odhadované náklady ELI-BL na provoz zařízení ve vztahu k přístupu uživatelů konsorcia ELI ERIC v období 2020–2021 neboli v „přechodném období“. Předpokládá se, že v tomto období dojde k přechodu odpovědnosti za řízení pravomocí, zdrojů a majetku z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky na konsorcium ELI ERIC.

Tabulka 12

ELI-Beamlines – odhadované náklady na přístup

(EUR) ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Přímé náklady na zaměstnance 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Přímé náklady na hardware 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Náklady na zaměstnance + HW 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Náklady na zaměstnance + HW %/Celkem 51 % 52 % 53 % 53 % Nepřímé náklady 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Celkové náklady ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. ODHADOVANÉ NÁKLADY

Aby bylo možné definovat podmínky potřebné pro dosažení dlouhodobé udržitelnosti, je třeba podrobně stanovit náklady a potenciální finanční zdroje. Jak je uvedeno ve stanovách konsorcia ELI ERIC, hlavní zásady pro využívání zařízení ELI se zdokumentují v rámci samostatné politiky, kterou schvaluje valné shromáždění, a přidělování příspěvků členů na provozní náklady je uvedeno v příloze II; to rovněž vytváří podmínky nezbytné k tomu, aby se předešlo významné a trvalé nerovnováze mezi tím, jak bude zařízení využívat vědecká obec jednotlivých členů, a peněžitými a věcnými příspěvky každého člena.

V následujícím textu jsou uvedeny základní prvky pro stanovení nákladů, které lze uspořádat do následujících kategorií:

1) Výstavba – výdaje na kapitálové investice (kapitálové výdaje) před uvedením do provozu;

2) Provoz – provozní výdaje zpřístupnění na základě vzájemného hodnocení;

3) Budoucí modernizace – nové investice (kapitálové výdaje) potřebné ke zlepšení specifikací a dostupných nástrojů v reakci na požadavky hospodářské soutěže a uživatelů;

Následující text se zaměřuje na aspekty bodů 1 (Výstavba ) a 2 (Provoz).

6.1. Výstavba

Celkové investice (náklady na výstavbu) zařízení ELI v průběhu celého období výstavby budou činit přibližně 556 milionů EUR, jak je podrobně popsáno v tabulce 13.

Tabulka 13

Náklady na výstavbu zařízení ELI

(tis. EUR) POLOŽKA ELI BL ELI ALPS ELI BUDOVA + POZEMEK 94 643 88 705 183 348 TECHNOLOGIE 181 876 105 435 287 311 SLUŽBY 7 601 9 788 17 389 ZAMĚSTNANCI 41 206 27 484 68 690 CELKEM 325 326 231 412 556 738

Tyto náklady nesou v plné výši hostitelské země prostřednictvím ESI fondů a vnitrostátního financování na základě projektů, které byly schváleny a jsou monitorovány vnitrostátními řídícími orgány. Investice do budov činily přibližně 25 %, do technologií 65 % a do personálu a služeb 10 %. Tyto náklady jsou z pozice konsorcia ELI ERIC nevratné a nebudou zohledněny v provozních nákladech konsorcia ELI ERIC. Z příspěvků nebudou hrazeny žádné počáteční investiční náklady ani náklady na výstavbu; příspěvky jsou vyhrazeny pouze na počáteční provoz, stabilní provoz a modernizaci.

6.2. Provoz

Závazek hostitelských členů umožňuje ostatním nehostitelským členům, aby stanovili postupný přístup ke svým budoucím závazkům, a dosáhli tak dlouhodobější udržitelnosti konsorcia ELI ERIC na základě příspěvků členů:

Tabulka 14

Odhadované provozní náklady konsorcia ELI ERIC na zařízení ELI

(EUR) Provozní náklady konsorcia ELI ERIC 2020 2021 2022 2023 2024 Přímé náklady na zaměstnance 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Přímé náklady na hardware 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Nepřímé náklady 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 Zařízení ELI celkem 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 Sídlo konsorcia ELI ERIC 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 Konsorcium ELI ERIC celkem 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Vstup nehostitelské země členství během počátečního provozního období umožňuje členům postupné zvyšování příspěvků po zřízení konsorcia ELI ERIC, jakož i rozhodování o konečné úrovni a závazcích jejich příspěvků bezprostředně po tomto zřízení. Včasný vstup umožňuje potenciálním členům podílet se na vymezování základních pravidel provozu zařízení ELI a současně postupné zvyšování finančních závazků na počátku.

Výše uvádíme předpokládané provozní náklady konsorcia ELI ERIC upravené o aktuální mezníky. Ty představují pravděpodobně horní hranici odhadu nákladů na přístup uživatelů v průběhu počátečního provozního období v závislosti na tom, zda se bude dařit dosahovat mezníků či nikoli. Odhady musí být stanovovány a sledovány každoročně po celou dobu trvání počátečního provozního období.

6.3. Budoucí modernizace

Provozní náklady konsorcia ELI ERIC nezohledňují budoucí modernizace laserových systémů a zařízení. Pokrývají provozní náklady včetně náhradních dílů a údržby.

Vyspělé laserové systémy se rychle vyvíjejí a obecně se má za to, že neustálý vývoj bude nezbytným předpokladem udržení konkurenceschopnosti. Za tímto účelem bude vedení konsorcia ELI ERIC navrhovat konkrétní projekty modernizace a bude provádět analýza na období pěti a deseti let s cílem porozumět potenciálnímu vývoji a nákladům na něj. Budou organizovány konkrétní modernizační kampaně s cílem řešit požadavky na kapitálové investice a jejich zdroje.

7. VÝVOJ A CÍLE

Konsorcium ELI ERIC představuje významný vývoj nejen pro laserovou komunitu v Evropě, ale také v širším rámci Evropského výzkumného prostoru. Laserová technologie je zavedenou oblastí, která se zároveň rychle rozvíjí. Jak se tato oblast rozvíjí, zvyšuje se její význam pro vědecké využití a již nyní je nesmírně důležitá z hlediska evropské konkurenceschopnosti.

Konsorcium ELI ERIC bude mít pro společnost rozsáhlý přínos v oblastech, jako je například zdokonalení klinické léčby rakoviny, biomedicínské zobrazování a zpracování jaderných materiálů a jaderného odpadu. ELI ERIC bude rovněž pomáhat evropskému fotonickému průmyslu a bude poskytovat vzdělávací a školicí příležitosti pro nové vědce a inženýry v oblasti fotoniky a výzkumu za pomoci laseru.

Konsorcium ELI ERIC má zásadní význam pro celoevropské iniciativy, jejichž cílem je zachování konkurenceschopnosti v mimořádně strategické oblasti vysoce výkonných laserových systémů s ultrakrátkými pulsy a vědeckých a inovačních oborů, které s ní souvisejí. Strmá vývojová křivka laserových technologií naznačuje, že tato oblast má předpoklady způsobit ve střednědobém a dlouhodobém horizontu dramatické změny stávajících velkých vědeckých a průmyslových platforem. Než k tomu však může dojít, musí konsorcium ELI ERIC prokázat, že je schopno udržitelného provozu.

7.1. Rozvoj laserové vědy a technologie

Evropa převzala v oblasti vysoce výkonných laserových zařízení a výzkumných center vedoucí postavení od Asie a Severní Ameriky. Je evidentní, že v Evropě dochází k jejich významné koncentraci, zejména díky samoorganizaci různých institutů a zemí zapojených prostřednictvím programů Evropské unie, které tuto oblast již po několik desetiletí podporují a vnášejí do ní strategický aspekt.

Vědecký úspěch a entuziasmus v oblasti vysoce výkonných laserových systémů vedly v posledních deseti letech ke zvýšení počtu zařízení v Evropě. Tento vývoj se sice řídí řadou faktorů, ale existuje jednoznačná paralela mezi ním a nárůstem počtu vnitrostátních laserových laboratoří v rámci evropské sítě LaserLab Europe, financované ze strany ES (www.laserlab-europe.net). Podle svých webových stránek konsorcium v současné době sdružuje 33 organizací ze šestnácti zemí, které zaujímají přední místo v mezioborovém výzkumu založeném na laserové technologii. Celkem 22 těchto zařízení nabízí přístup do svých laboratoří pro účely výzkumu v Evropě i mimo ni.

Obrázek 4

Světová mapa z roku 2016 vytvořená Mezinárodním výborem pro ultraintenzivní lasery (International Committee for Ultra-Intense Lasers, ICUIL), která zobrazuje celosvětové pokrytí laserových zařízení třídy PW

ZDROJ: Dr. C. P. J. (Chris) Barty, Lawrence-Livermore National Laboratory.

Brzký úspěch sítě LaserLab Europe poskytuje základ k tomu, aby mohlo konsorcium ELI ERIC pokračovat v budování evropské laserové komunity. Neméně důležité je, že konsorcium ELI ERIC umožní realizaci nových schopností a přiláká pozornost jiných vědeckých oborů. Na základě úspěchu vnitrostátních laserových laboratoří byly vyvinuty odborné znalosti, vědomosti a byla ověřena koncepce konsorcia ELI ERIC. Rozrostla se komunita uživatelů a uskutečnily se významné investice, které podporují rovněž rozvoj evropských společností umožňující výstavbu konsorcia ELI ERIC a dalších zařízení třídy PW. Pokračující spolupráce ve společenství má zásadní význam pro trvalou konkurenceschopnost a vedoucí postavení Evropy v této oblasti.

Díky využití objevu techniky zesilování laserového svazku „chirped pulse amplification“ (CPA) a pozdějšího optického parametrického CPA (OPCPA) přináší systémy ELI skokové zvýšení špičkového výkonu laserového pulsu o 6–8 řádů, tj. o 4 řády nad úrovní, kde se oscilující energie elektronu rovná klidové energii (neboli 1 018 W/cm2 elektronu). To je předznamenáním relativistické interakce laseru s plasmatem a subatomárního režimu včetně jaderné a částicové fyziky. Budoucí vývoj v konsorciu ELI ERIC může reálně konkurovat nejvýkonnějším urychlovačům na světě za zlomek nákladů a při využití tradičnějších technik v případech, kdy je zapotřebí docílit gradientů s vysokou akcelerací v cílených aplikacích, jako je například radiační terapie nádorů v nemocničním prostředí, kde se prostor a náklady stávají klíčovými faktory.

Pokud jde o technologický rozvoj, bude se konsorcium ELI ERIC výrazně zaměřovat na kritické oblasti spolupráce, které identifikuje ELI a nejvýznamnější partneři LaserLab. Hlavní překážky spolehlivého a nákladově efektivního provozu systémů a zařízení třídy PW budou řešeny s průmyslovými odvětvími s cílem tyto překážky překonat. To pozitivně ovlivní nejen evropský průmysl v této oblasti, Evropský výzkumný prostor a dnešní síť partnerů LaserLab, ale povede to přímo k udržitelnému provozu zařízení ELI, což zajišťuje spolehlivost světové úrovně.

Obrázek 5

Počet laserových systémů petawattové třídy, které se každoročně objeví on-line v členění podle kontinentu, na němž se tyto systémy nacházejí (*2)

Fyzikální otázky jsou jasné, výzvu nyní představuje vývoj technologie. ELI ve spolupráci s průmyslem a s dalšími předními výzkumnými centry vyvine řadu základních technologií, zejména optické komponenty nové generace.

7.2. Organizační cíle konsorcia ELI ERIC

7.2.1. Zajistit provoz

Kombinované zdroje a pozornost věnované konsorciu ELI ERIC budou mít hluboký a dlouhodobý dopad na vědu v této oblasti i na technologický pokrok. Jeho první cíl je ale pragmatický a lokalizovaný: současně vybudovat a sloučit řízení dvou zařízení a účinně integrovat zdroje.

Konsorcium ELI ERIC je v souladu s nařízením (ES) č. 723/2009 výzkumná infrastruktura nacházející se na jednom místě, která má kromě svého sídla více provozoven v hostitelských členských státech. Existují sice další vědecké organizace rozmístěné na více místech, avšak je jen velmi málo evropských projektů vybudovaných na zelené louce v různých zemích, které využívají strukturální fondy za účelem spojení do jediné výzkumné infrastruktury. K dispozici také nejsou žádná velká uživatelská zařízení využívající laser. Konsorcium ELI ERIC bude muset tato zařízení nejprve uvést do provozu a teprve poté začít řešit širší zájmy. Jedná se o technickou i manažerskou výzvu.

7.2.2. Navázat spolupráci

Druhým cílem je identifikace příležitostí pro technickou součinnost mezi předními evropskými centry využívajícími vysoce výkonný laser s krátkými pulsy. Historicky je náročné provozovat vysoce výkonné lasery třídy PW v uživatelském prostředí, protože to přináší problémy v oblasti spolehlivosti a nákladné výměny součástek. Jen samotná zařízení ELI dohromady budou mít výkon přesahující 30 PW.

S partnery ve vnitrostátních zařízeních ve Francii, Německu, Španělsku, Velké Británii a Itálii (vše členové Laserlab Europe) vytvoří konsorcium ELI ERIC největší koncentraci nejpokročilejších vysoce výkonných laserových zařízení s krátkými pulsy v historii. Neexistuje žádné skutečné srovnání, protože ambice spočívá v bezprecedentní spolupráci s cílem identifikovat komponenty a procesy inhibující provoz laserů třídy PW, jakož i řešení a standardní přístupy k provozu.

Předpokládá se, že díky vzájemné spolupráci a spolupráci s průmyslem budou zařízení schopna v některých případech snížit provozní náklady až o 30 % a zvýšit dostupnost pro uživatele až o 90 % doby využívání zařízení. To znamená příležitost k dosažení jedinečných úspor z rozsahu a nákladových úspor, které umožní významný technologický pokrok v krátkém časovém období. Tento pokrok se projeví celosvětově v celém laserovém odvětví.

7.2.3. Vytvořit dobrou pověst

Třetí ambicí je vědecky prokázat výkonnost a potenciál systémů ELI ERIC na samém počátku fáze provozu tohoto vědeckého programu. Zařízení ELI se s využitím zkušeností jiných partnerských zařízení pokusí do roku 2021 zpřístupnit 80 % svých odhadovaných uživatelských hodin daných zařízení a uvést do provozu 90 % svých primárních laserových systémů, z nichž většina se vyznačuje vysokou až střední opakovací frekvencí.

Pro srovnání lze uvést, že v současné době jsou nejmodernější laserů třídy PW provozovány s opakovací frekvencí několik výstřelů za hodinu, a konsorcium ELI ERIC a některá partnerská zařízení se zaměří na provoz s frekvencí v řádu Hz a více Hz. To je o to pozoruhodnější, že konsorcium ELI ERIC provozuje v některých případech lasery, které jsou světovou špičkou v oblasti výkonu. Včasné výzvy umožní experimenty s těmito zvýšenými opakovacími frekvencemi, které budou zahrnovat společný vývoj a vytváření cílů pro uživatele.

Tyto experimenty povedou nejen k průlomovým objevům, ale umožní rovněž světově rekordní výkony sekundárních zdrojů, jako je urychlování pomocí brázdového pole v řádu GeV. Tyto průlomové kontrolované experimenty na samém počátku provozu uvedených zařízení v kombinaci s rozsáhlými informačními činnostmi a činnostmi v oblasti šíření informací vyvolají intenzivní zájem o konsorcium ELI ERIC a o laserovou vědu obecně. To bude mít dopad na celou laserovou vědu v Evropě i ve světě a povede to k řadě praktických uplatnění, jako je například pokročilá léčby rakoviny a transformace nebezpečného jaderného odpadu. Ambicí je demonstrovat tento potenciál a vytvořit rostoucí a udržitelný základ pro podporu konsorcia ELI ERIC a laserové vědy jako takové v Evropě.

7.2.4. Zavést inovace

Vliv konsorcia ELI ERIC na inovace a technologie v odvětví laserů dovršením fáze výstavby neskončí. Současnou výzvou pro provozní fázi je udržitelný technologický rozvoj. ELI bude budovat dlouhodobé vztahy s partnery v oblasti průmyslu s cílem řešit problémy související se zadáváním zakázek na klíčové komponenty a s neustálým technologickým rozvojem se zaměřením na udržitelnost provozu.

Pokud jde o vztahy s průmyslem, jednou z výzev bude zahájení dialogu s dodavateli s cílem identifikovat překážky zlepšování produktů nebo procesy snižování rizik (velká dostupnost náhradních dílů, více dodavatelů…), zejména z hlediska udržitelného dlouhodobého provozu zařízení ELI.

Technologický rozvoj na základě požadavků konsorcia ELI ERIC bude pokračovat i během provozní fáze. Několik příkladů:

— Klíčové optické komponenty pro vysokovýkonové lasery s vysokou opakovací frekvencí. Transportní a fokusační optiku, jakož i difrakční mřížky a aktivní materiály je třeba dále vyvíjet tak, aby dlouhodobě odolávaly vysokoenergetickým pulsům, pulsům se špičkovým výkonem stejně jako pulsům s vysokým průměrným výkonem a velkým průměrům paprsku, a to musí platit pro vysoký počet výstřelů.

— Krátké pulsy a metrologie velkých paprsků. K tomu, aby bylo možné porozumět jedinečným vědeckým výsledkům, jichž bude možné dosáhnout se zařízeními ELI, jsou nezbytná převratná řešení pro měření výkonnosti systémů na krátkých pulsech a velkých paprscích.

— Úplná kontrola komplexních systémů. Experimentální systémy musí zaručovat výkon a plynulý provoz. K tomu jsou nezbytné inteligentní a plně propojené řídicí systémy.

Zařízení ELI se zaměří na spolupráci s průmyslovými partnery, schopnými vnést do stávající technologie převrat svými inovativními řešeními. Tento inovační obsah se nezaměří pouze na krátkodobý technický aspekt, ale bude se zabývat rovněž udržitelností tohoto řešení v dlouhodobém měřítku s cílem zajistit, aby konsorcium ERIC dosahovalo nejlepších výkonů, nejdelší doby provozuschopnosti a nejúčinnější kontroly nad náklady na údržbu. Jedinečné vědecké výsledky konsorcia ELI ERIC budou v dlouhodobém měřítku založeny na nejudržitelnějších technologických řešeních laserů s vysokým špičkovým výkonem.

7.2.5. Dopad v hostitelských zemích

Klíčovým důvodem pro investice do konsorcia ELI ERIC a pro jeho umístění do středoevropských zemí je vytvořit dopad přítomnosti vysoce hodnotného výzkumného a technologického centra na tyto regiony. Existuje řada studií jiných výzkumných infrastruktur, které naznačují, že významná část vlivu na investice a inovace se odehrává do 100 km od uvedeného zařízení, z čehož vyplývá, že blízkost představuje důležitý faktor. Mezi očekávané dopady patří například:

— Přímý dopad investic – očekává se, že hostitelské země získají 50–80 % provozních nákladů od ostatních členů, což znamená, že investice by měly mít přímý dopad na místní ekonomiku. ELI bude tyto dopady sledovat a vykazovat. Předpokládá se, že část těchto investic pohybující se nad > 50 % bude vynaložena v rámci místního regionu, což ovlivní dvě různé oblasti ve střední Evropě.

— Zvýšené příležitosti pro vnitrostátní/místní výzkumné pracovníky – všechna zařízení ELI se nacházejí v univerzitních městech (Praha, Szeged). Každá z těchto univerzit je informována o nadcházejícím vývoji konsorcia ELI ERIC a zapojila studenty a akademiky do programů s cílem této blízkosti využít. V této souvislosti existují v rámci tohoto projektu specifické činnosti zaměřené na oslovení místních výzkumných pracovníků, takže se očekává, že do 10 let od založení konsorcia ELI ERIC bude každá z uvedených zemí disponovat předními výzkumnými pracovníky v této oblasti.

— Větší příležitosti inovací pro místní průmysl – Kromě výše popsaných dopadů přímých investic se blízkost uvedených zařízení stane hybnou silou inovací nejméně dvěma měřitelnými způsoby. Za prvé, schopné odvětví vycítí příležitost a bude k uvedenému zařízení přistupovat proaktivně, ať již z hlediska prodeje výrobků nebo snahy pochopit, jak přizpůsobit svou nabídku tomuto zařízení. Týmy pro zadávání zakázek i koordinátoři pro styk s průmyslem využijí činností v zájmu zvyšování informovanosti průmyslu, aby pomohli sdílet informace o uvedených zařízeních. Kromě toho existují některé oblasti, kde může místní dodavatel představovat pro daná zařízení výhodu ze strategických důvodů. Ta může být dána nízkými náklady v dané oblasti, ale spíše blízkostí a pohodlným přístupem k dodavatelům, který umožní přizpůsobovat technická řešení.

8. KLÍČOVÁ RIZIKA

8.1. Analýza rizik

Tabulka 15

Vyhodnocení rizik implementace zařízení konsorcia ELI ERIC na vysoké úrovni

Potenciální riziko Pravděpodobnost Nízká 1–5 Vysoká Dopad Nízký 1–5 Vysoký Prevence/ zmírňování Přilákání zaměstnanců a konkurenceschopné odměňování – existuje riziko, že pro konsorcium ELI ERIC bude obtížné přilákat mezi své zaměstnance „přední světové“ odborníky. 4 5 Aktivní nábor, smlouvy na dobu neurčitou, výzkumné příležitosti, iniciativy v oblasti „kvality života“ Technické riziko nesplnění klíčových parametrů – riziko, že ELI nedosáhne některých klíčových výkonnostních parametrů, což může znamenat ztrátu některých experimentálních možností. 3 3 Plánování a dialog s uživatelskou komunitou a s výborem ISTAC s cílem řídit očekávání a stanovit alternativní experimentální priority. Navyšování platů v prvních 5 letech – platy v konsorciu ELI ERIC se budou v důsledku dynamiky místního trhu práce výrazně zvyšovat, konkrétně v rozpětí 5–10 % ročně. 5 3 Plánování a dialog se zaměstnanci vytvářející očekávání Zastarávání vybavení/komponent – technologie v oblasti laserových systémů se bude v nadcházejícím roce rychle vyvíjet a existuje riziko, že konsorcium ELI nebude konkurenceschopné, pokud nebude průběžně vynakládat kapitálové výdaje. 3 4 Plánování ve formě technologického plánu; snaha zajistit doplňkové financování Špatné počáteční zkušenosti uživatelů – újmy na začátku v důsledku a) nedostatečné výkonnosti zařízení, b) nedostatečné podpory ze strany zaměstnanců nebo c) špatné komunikace / řízení očekávání. To může způsobit špatnou pověst mezi výzkumnými pracovníky a velmi pomalé zahájení využívání služeb. 3–4 4–5 Již od počátku úzce spolupracovat s „přátelskými uživateli“, provádět průzkumy spokojenosti uživatelů a nabízet „recepční“ služby. Nezdar úspěšné integrace zařízení ELI – v důsledku problémů v oblasti řízení/správy dojde ke zpoždění nebo selhání fúze organizací. To vede ke zvýšení nákladů a k poškození integrity a pověsti konsorcia ELI-ERIC. 2 5 Pečlivé sledování vedení, „řízení změn“ a vzdělávací semináře podporované na vysoké úrovni, specializované zdroje a realistická časová očekávání

(1) Nařízení Rady (ES) č. 723/2009 ze dne 25. června 2009 o právním rámci Společenství pro konsorcium evropské výzkumné infrastruktury (ERIC) (Úř. věst. L 206, 8.8.2009, s. 1).

(*1) Technologie CPA a pevnolátkových laserů umožňují posunout současnou špičkovou intenzitu za hranici 1022 W/cm2. Konsorcium ELI ERIC tyto parametry zvýší o více než jeden celý řád. Zobrazen je rovněž experiment E144 na urychlovači SLAC (modrá tečka) při němž se podařilo dosáhnout vysoké intenzity pomocí posílení interakce laseru s hmotou do relativistického rámce. Vodorovné čáry označují intenzitu ponderomotivní (oscilující) energie Up elektronu při 800 nm u titan-safírového laseru rovnající se jedné atomové jednotce; a pro Up t rovnající se klidové hmotnosti elektronu; případně konečný cíl Schwingerovy intenzity Y=1, kde se vakuum stává nestabilním a světlo se přeměňuje na hmotu. Zdroj: Gérard Mourou, École Polytechnique

(2) https://op.europa.eu/s/pcrm

(*2) Tato tabulka obsahuje zařízení, která jsou již v provozu, a zařízení, která jsou ve výstavbě. ZDROJ: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.