BILAG I

TEKNISK OG VIDENSKABELIG BESKRIVELSE

1. DOKUMENTETS FORMÅL OG ANVENDELSESOMRÅDE

Dette dokument beskriver det videnskabelige formål og de tekniske systemer, som Extreme Light Infrastructure ERIC (ELI ERIC) vil stille til rådighed for forskere. De specifikke aspekter af de faciliteter, som værtslandene vil stille til rådighed for ELI ERIC, beskrives her. Dette dokument er grundlæggende for fastlæggelsen af anvendelsesområdet for og definitionen af »driften« for ELI ERIC.

Dokumentet indeholder en liste over ELI ERIC's videnskabelige mål og formål. I nogle tilfælde, hvor det er relevant, henvises der til ELI's »hvidbog«, der er det primære tekniske ELI-dokument forud for opførelsen. Det erkendes, at visse aspekter af den vision for ELI, der er beskrevet i dette vigtige dokument, endnu ikke er afklaret, men i forbindelse med dette dokument og etableringen af ELI ERIC beskrives kun de tekniske faciliteter, der tilbydes af de stiftende ERIC-værtsmedlemmer.

Der gives en oversigt over det nuværende videnskabelige omfang og de tekniske aspekter af ELI-faciliteterne. Budget- og tidsplanelementerne ved starten af driften er også angivet. Disse oplysninger er en reference til ELI ERIC-vedtægterne, især artikel 22 om forpligtelser og ressourcer, og udgør grundlaget for aftaler mellem ELI ERIC og facilitetsejere (værtsinstitutioner) om at stille ELI-faciliteterne til rådighed for brugersamfundet. Som sådan er dette dokument en integreret del af ELI ERIC-vedtægterne ved ELI ERIC's oprindelige oprettelse og udgør den grundlæggende reference i forhold til faciliteternes omfang og formål.

2. INDLEDNING OG BAGGRUND

Extreme Light Infrastructure ERIC er en international laserfacilitet, der har til formål at udvikle nye tværfaglige forskningsmuligheder ved hjælp af ekstremt lys fra de kraftigste laserkilder, der i øjeblikket er til rådighed, og som er dedikeret til forskningsformål. Disse lasere og den sekundære stråling fra dem vil muliggøre hidtil usete opdagelser inden for en bred vifte af videnskabelige discipliner samt samfundsmæssigt relevante anvendelser.

ELI ERIC er i overensstemmelse med Rådets forordning (EF) nr. 723/2009 (1) en etsteds-forskningsinfrastruktur, der har flere driftssteder i medlemsstaterne i tillæg til hjemstedet. ELI-faciliteterne vil være baseret to steder i Tjekkiet og Ungarn. De stilles til rådighed for et internationalt videnskabeligt brugersamfund.

I 2018 blev Nobelprisen i fysik tildelt Gérard Mourou og Donna Strickland for deres arbejde med Chirped Pulse Amplification (CPA)-laserteknologi. Denne Nobelpris er på mange måder særlig for ELI, da den på et godt tidspunkt fremhæver den underliggende teknologi, der gør ekstremt laserlys muligt. ELI-faciliteterne vil fremme CPA-teknikken og gøre det muligt at opnå hidtil usete maksimale effektniveauer (se figur 1), hvilket åbner op for en række anvendelser inden for grundforskning og for samfundsmæssige fordele.

Det specifikke mål med ELI ERIC er at tackle to »store udfordringer«, som oprindeligt blev nævnt i ELI-hvidbogen og stadig er relevante, og som sigter mod at udvikle:

— Højenergistrålefacilitet og røntgenstråling: ultrakorte energiske partikler (> 10 GeV) og stråler (op til få MeV) fra kompakte laserplasmaacceleratorer.

— Attosekundvidenskab: et øjebliksbillede på attosekundskalaen af elektronernes dynamik i atomer, molekyler, plasmaer og faste stoffer.

Især:

— ELI-Beamlines i Dolní Břežany (nær Prag), Tjekkiet, vil fokusere på udvikling af sekundære kortimpulskilder til stråling og partikler og på deres tværfaglige anvendelser inden for molekylær og biomedicinsk videnskab samt materialevidenskab, fysikken i tætte plasmaer, varmt tæt stof og laboratorieastrofysik. Desuden vil faciliteten bruge sine højeffektlasere med høj gentagelseshastighed til eksperimenter med højfeltfysik med fokuserede intensiteter på ca. 1023 W/cm2 til undersøgelse af eksotisk plasmafysik og ikkelineære QED-effekter. — ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) i Szeged, Ungarn, er i gang med at etablere en unik facilitet, som leverer lyskilder mellem THz- (1012 Hz) og røntgenfrekvensområdet (1018-1019 Hz) i form af ultrakorte impulser med høj gentagelsesfrekvens. ELI-ALPS vil være rettet mod ekstremt hurtig dynamik ved at tage øjebliksbilleder på attosekundskalaen (10–18 sek.) af elektronernes dynamik i atomer, molekyler, plasmaer og faste stoffer. Den vil også udføre forskning med lasere med ultrahøj intensitet.

ELI-faciliteterne vil omfatte en samling af de mest kraftfulde og kortest pulserende systemer, der er til rådighed på nuværende tidspunkt. Mere præcist vil ELI være den første infrastruktur, der er særligt indrettet til den grundlæggende undersøgelse af interaktionen mellem lasermaterialer i det ultrarelativistiske regime (I > 1024 W/cm2). Faciliteterne afprøver allerede en ny generation af innovative, meget kompakte strålebaner, der leverer energetiske partikelstråler og stråling af en varighed fra femtosekunder (10–15 sek.) til attosekunder (10–18 sek.).

Med denne variation i forskningsaktiviteterne forventes ELI-faciliteterne at give betydelige samfundsmæssige fordele og fremme innovation på mellemlang og lang sigt, herunder forbedret onkologisk behandling (ionstråler), medicinsk og biomedicinsk billeddannelse, en ny generation af fiberoptik og udvikling af nye metoder til behandling af nukleart affald gennem transmutation.

ELI-faciliteterne udgør tilsammen næsten 54 000 m2 på to lokaliteter og forventes at omfatte op til 600 forskere, ingeniører, teknikere og støttepersonale.

Figur 1

De højeste fokuserede intensiteter over tid (*1)

Oprindeligt indeholdt ELI's »hvidbog«, som blev præsenteret i 2011, en vision for faciliteten, der vil flytte grænserne for »ekstremt lys« og laserteknologi, som er lige så relevant nu som nogensinde:

»Nutidens topspecifikationer for højkapacitetslasersystemer er kendetegnet ved en spidseffekt på mellem en og to petawatt (PW) ved meget lave (sub-Hz) gentagelsesfrekvenser, hvilket har været uændret i mere end et årti (nu to årtier). Størstedelen af de højeffektive systemer ligger dog stadig på 100 TW-niveauet. ELI og dets nationale forgængerprojekter som ILE og Vulcan-10 PW vil øge spidseffekten af enkeltlasere (moduler) til 10 PW eller multi-10 PW-regimet ved meget højere gentagelsesfrekvenser, hvilket udgør en udvikling på mere end én størrelsesorden i begge disse parametre.«

Denne vision åbner vejen for endnu kraftigere, kombinerede, kohærente 100 PW-lasersystemer, som forventes at blive realiseret i fremtidige ELI-faciliteter, baseret på teknologier, der for første gang anvendes på ELI-faciliteterne. Sådanne systemer åbner op for en ny type interaktion og giver for første gang mulighed for at gå ud over atomfysikken og udforske stoflag, der er relevante for kernefysik, partikelhøjenergifysik og astrofysik — områder, der traditionelt studeres med højenergipartikelacceleratorer. Det forventes, at ELI kan give en helt ny tilgang til undersøgelsen af den grundlæggende fysik. Laserens ultrarelativistiske intensitet udgør essensen af ELI, hvilket fører til:

— det kraftigste elektromagnetiske felt

— mulighed for at lys kan bevæge stof, elektroner og ioner med relativistisk hastighed

— generering af kohærent eller inkohærent højenergistråling, X eller γ

— mulighed for at danne meget kortere impulser end det i dag er muligt, eventuelt endda kortere end attosekunder.

Disse fire unikke funktioner giver alene eller kombineret et nyt sæt kraftfulde dynamiske strukturelle værktøjer.

3. ELI-FACILITETERNE I FORBINDELSE MED DEN EKSTREME LYSINFRASTRUKTUR ERIC

Adgangen til ELI-faciliteterne vil være konkurrencebaseret, international og åben for brugere i og uden for medlemslandene på grundlag af ELI ERIC-vedtægternes artikel 2, stk. 2, litra a), samt ELI ERIC's adgangspolitik for brugere, som defineret i ELI ERIC-vedtægternes artikel 6, og principperne i Den Europæiske Unions charter om adgang til forskningsinfrastrukturer (2). Al »brugeradgang« skal underkastes peerevaluering. ELI ERIC vil sikre et fælles adgangspunkt for brugere, der reagerer på en fælles appel til forslag, og som omfatter alle ELI-faciliteternes tilgængelige funktioner på en integreret måde.

Set fra et videnskabeligt perspektiv er adgangen »åben«, hvilket betyder, at ELI-faciliteterne er åbne for potentielle forskere fra medlemslande, og også fra tredjelande. Forslagene er konkurrencebaserede, og det at være »åben« betyder også, at dataene og den eventuelle brug af dataene i publikationer skal være tilgængelige og kunne gennemgås af alle.

Ud over »åben« adgang findes der også »ophavsretligt beskyttet« adgang, som brugeren betaler for, og dermed kan resultaterne i form af data være brugerens ejendom og »lukkede«.

Endelig vil der også være mulighed for adgang i forhold til »missionsbaserede« mål. Det kan være tematisk rettet forskning inden for specifikke discipliner og kan også omfatte teknologiudvikling i form af samarbejde om innovationer og indkøb. Oplæring og uddannelse af kapacitet er en prioritet for medlemmerne og det europæiske forskningsrum, men kan også omfatte andre lande end medlemmerne.

Værtsmedlemmerne forpligter sig til at stille ELI-faciliteterne til rådighed for ELI ERIC som del af deres bidrag. Dette gratis bidrag fra værterne er i offentlighedens interesse, og investeringsomkostningerne til opførelsen afskrives ikke og indgår ikke i driftsomkostningerne. Begrebet tilgængelighed kræver, indebærer eller udelukker ikke en overdragelse af ejendomsretten til faciliteterne, hverken helt eller delvist. Betydningen af tilgængelighed i denne specifikke sammenhæng er defineret og aftalt mellem ELI ERIC og dets værtsmedlemmer som værende fuld adgang til, kontrol over og ansvar for de respektive faciliteter. Den er retligt reguleret gennem specifikke aftaler om facilitetsdrift mellem ELI ERIC, værtslandet og, hvor det er relevant, ejerne af ELI-faciliteterne.

Disse aftaler dækker deres drift, støtte og forvaltning og vil henvise direkte til ELI ERIC-vedtægterne for at fastlægge deres retsgrundlag. De tager hensyn til allerede eksisterende tilsagn, passiver og forpligtelser, herunder dem, der er defineret i gennemførelsesprojekterne under de europæiske struktur- og investeringsfonde (i det følgende benævnt »ESIF«). Aftalerne er nærmere beskrevet i ELI ERIC-modellen for forvaltningsoperationer og omfatter to typer milepæle i forhold til tilgængelighed:

— tekniske milepæle — beskrevet nedenfor, dvs. specifikke instrumentpakker og forsøgsstationer, der fungerer og er klar til brug, anbefalet af et undersøgelsespanel bestående af uafhængige eksperter og godkendt af ELI ERIC's generalforsamling

— organisatoriske milepæle — der defineres uafhængigt af hinanden for hver enkelt ELI-facilitet.

Denne tilgang skal være i overensstemmelse med det erklærede mål i ELI ERIC-vedtægterne om at fungere som en enkelt juridisk enhed og udvikle sig i en retning, der ligner andre førende forskningsinfrastrukturer, dvs. hen imod en enkelt integreret organisation og forvaltning, som defineret i artikel 3, stk. 1, i ELI ERIC-vedtægterne.

De følgende afsnit indeholder detaljerede beskrivelser af hver enkelt ELI-facilitet og definerer også den væsentlige videnskabelige og tekniske karakter af hver enkelt facilitet. Dette udgør et vigtigt grundlag for den ovenfor beskrevne tilgang til at stille ELI-faciliteter til rådighed. Tidspunktet for tilgængeligheden af »brugeradgang« for hver facilitet og de respektive anslåede omkostninger til fremtidig drift i de første tre år op til og med de første to års »stabil drift« er også beskrevet. I afsnittene beskrives kort den nuværende juridiske status for hver enkelt ELI-facilitet, og hvordan den kan påvirke adgangen i fremtiden i forhold til ELI ERIC.

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

ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) -faciliteten i Szeged (Ungarn) vil inden for rammerne af ELI ERIC stille en bred vifte af strålings- og partikelkilder til rådighed for et internationalt samfund, som på en måde, der er stabil i forhold til specifikationerne og robust i drift, udsender energetiske impulser af ultrakort varighed og kohærent stråling i tidsintervallet attosekunder (10–18 sek.). Der er tale om en etsteds-greenfield-facilitet på mere end 24 000 m2, og den forventes at beskæftige ca. 200 medarbejdere.

ELI-ALPS-faciliteten ejes og bygges i øjeblikket af ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), et uafhængigt statsejet nonprofitselskab, som er 90 % ejet af den ungarske stat og 10 % ejet af lokale interessenter. ELI-HU har fuld autonomi og status som juridisk person i Ungarn.

4.1. Teknisk struktur og kilder

Den primære opgave for ELI-ALPS forskningsfaciliteten i Szeged er at gøre en bred vifte af ultrakorte lyskilder tilgængelige for det internationale forskersamfund og dets brugergrupper. Laserdrevne sekundære kilder, der udsender sammenhængende ekstrem-ultraviolet stråling (XUV) og røntgenstråling, som er begrænset til attosekund-impulser, er et vigtigt forskningsinitiativ i infrastrukturen. Et sekundært formål med faciliteten er at bidrage til den nødvendige videnskabelige og teknologiske udvikling af lasere med høj spidsintensitet og høj gennemsnitseffekt.

Tabel 1

ELI-ALPS forventede præstationsparametre for laserkilder ved laserudgang

PRIMÆRE LASERKILDER Spidseffekt Gennemsnitlig effekt Impulsenergi Impulsvarighed Gentagelsesfrekvens ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cyklusser < 1,9 cyklusser 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 cyklusser (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cyklusser (<42 fs) 100 kHz MIR HE planlagt opgradering ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ ved 3 μm ~ 20 mJ ved 1,5 μm ~ 3 cyklusser (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cyklusser (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 planlagt opgradering ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cyklusser (~ 8 fs) 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-pumpe > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

ELI-ALPS-infrastrukturen giver brugerne inden for videnskabelig forskning og industrielle anvendelser primære laserimpulser sammen med et imponerende udvalg af synkroniserede sekundære lys- og partikelimpulser. De fremragende egenskaber ved kildeparametrene omfatter:

— impulser med få cyklusser, fra terahertz/infrarødt til petahertz/ultraviolet, med en imponerende gentagelsesfrekvens på 10 Hz til 100 kHz

— ekstremt ultraviolette, bløde og hårde attosekund-røntgenimpulser med en gentagelsesfrekvens på 10 Hz til 100 kHz og impulsenergier fra få μJ til mJ

— relativistiske og ultrarelativistiske partikel- og rumligt kohærente røntgenkilder med femtosekund-varighed

— kontrollerede ultrarelativistiske impulsformer med ultrahøj kontrast ved få Hz og kHz-gentagelsesfrekvens.

En parallel opgave for ELI-ALPS er sammen med de andre ELI-faciliteter at bidrage til den teknologiske udvikling hen imod lasere med høj spidseffekt og høj gennemsnitseffekt, især til attoscience og relevante anvendelser. Den parallelle eksistens af attosekund-impulser og moderne lasere, herunder lasere i PW-klassen, i samme facilitet giver unikke tidsopløste undersøgelsesmuligheder for både ikkerelativistisk og relativistisk vekselvirkning mellem lys og alle de fire stoffaser.

ELI-ALPS-faciliteten har et specifikt fokus på stimulering af industrielle anvendelser gennem afsmittende virkninger, idet der også tages hensyn til den mulige stærke indvirkning på det omkringliggende område, som vil rumme en stor videnskabspark.

Tabel 2

ELI-ALPS-milepæle for laserkilder

TILGÆNGELIGHED AF LASERKILDER — ELI-ALPS IDRIFTSÆTTELSE STARTER ADGANG FOR BRUGERE HR1 10.2017 Tilgængelig (0,8 mJ, < 1,9 cyklusser) 11.2021 (fulde specifikationer) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 Tilgængelig MIR HE — PLANLAGT OPGRADERING 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 Tilgængelig SYLOS3 — PLANLAGT OPGRADERING 10.2022 1.2023 SYLOS EXP ALIGNMENT 12.2018 Tilgængelig HF PW 5.2018 10.2021 THZ-PUMPE 1.2021 3.2021

4.2. Forsøgsstationer

Figur 2

Anlægsplan for ELI-ALPS-forsøgsstationerne

ELI-ALPS tilbyder adskillige avancerede ultrakorte laserimpulser med høj intensitet i kombination med avancerede sekundære kilder og avancerede slutstationer for brugerne, som vil skabe et fremragende miljø for grundlæggende og anvendt videnskabelig forskning. Der er nogle få områder, hvor ELI-ALPS vil være førende på verdensplan fra starten:

— Videnskab om valens- og kerneelektroner — Dynamikken af valens- og kerneelektroner i små systemer kan overvåges og kontrolleres individuelt med attosekund-impulsinteraktioner.

— Visualisering af ultrahurtig strukturdynamik og korrelationseffekter — Kombinationer af kilder med ultrakorte impulser og korte bølgelængder gør det muligt at visualisere ladningsdynamikken i komplekse og (stærkt) korrelerede systemer.

— Ultrahurtig dynamik i overfladestof og fortættet stof — Ud over de mest avancerede attosekund-kilder med høj repetitionshastighed i forbindelse med en sofistikeret NanoEsca-brugerslutstation åbner dette unikke muligheder for forskning i overfladestoffer og fortættede stoffer.

— Plasma-attoscience — Relativistiske impulser med få cyklusser eller PW-impulser med overlegen rumlig og tidsmæssig kontrast vil blive anvendt til at undersøge, optimere og anvende subcykliske emissionsprocesser til at undersøge relativistisk overfladedynamik, relativistisk impulsformning, radiobiologi osv.

— Forskning i THz-stråling — Højintense, ultrakorte THz-kilder med en hidtil uset elektrisk spidsfeltstyrke (op til 5 MV/cm) og 1 mJ impulsenergi vil være tilgængelige i frekvensområdet 0,1-2 THz.

Den unikke kombination af strålingskilder med høj gentagelseshastighed ved ELI, der dækker det elektromagnetiske spektrum fra røntgenstrålen til den langt infrarøde stråling, og THz gør denne facilitet meget attraktiv for forskning i komplekse, anvendte systemer. Anvendt forskning omfatter nye attosekund-kilder, nye partikelkilder, nanoteknologi, kulturarv, biologisk billeddannelse og biomedicinske anvendelser såsom avanceret fase-kontrasttomografi og multidimensionel spektroskopi.

Tabel 3

ELI-ALPS-milepæle for sekundære kilder

SEKUNDÆRE KILDER — ELI-ALPS IDRIFTSÆTTELSE STARTER ADGANG FOR BRUGERE GHHG HR1 OG 2 GAS (LTA4) 8.2018 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG HR1 OG 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 — FORUDSET OPGRADERING 1.2023 4.2023 THZ-SPEKTROSKOPI (THZ) 10.2019 2.2020 THZ HIGH ENERGY (THZ) 7.2021 12.2021 ELECTRON- SYLOS (MTA) 12.2021 4.2022 ELECTRON PW — FORUDSET OPGRADERING (HTA) 1.2023 4.2023 ION BEAMLINE — POTENTIEL OPGRADERING 9.2023 12.2024





Tabel 4

ELI-ALPS-milepæle for forsøgsstationer

FORSØGSSTATIONER ELI-ALPS IDRIFTSÆTTELSE BEGYNDER ADGANG FOR BRUGERE REAKTIONSMIKROSKOP 6.2021 9.2021 VMI-SPEKTROMETER-SLUTSTATION 8.2020 10.2020 STATION FOR FORTÆTTET STOF (NANOESCA) 12.2019. 6.2020 (selvstændig) 7.2021 (med attosekund) MAGNETISK FLASKE-E-SPEKTROMETER 4.2021 12.2021 NANOVIDENSKAB OG NANOFABRIKATION 6.2018 12.2019 BETATRON-BILLEDDANNELSE — FORUDSET OPGRADERING 4.2023 12.2023 KONTROLSTATION FOR KEMISKE REAKTIONER 6.2020 8.2020 VÆSKEJET-SLUTSTATION 4.2022 8.2022 MULTIDIMENSIONEL SPEKTROSKOPI (FEMTOBIOLOGI) — PLANLAGT OPGRADERING 8.2021 12.2021 HØJFELTFYSIKSTATION (PW-MÅLOMRÅDE) 12.2022 2.2023 RADIOBIOLOGI/BIOMEDICIN 8.2018 2.2020

Ovenstående tabel viser de stationer, der forventes at blive tilgængelige for ELI ERIC som en del af »brugeradgangen« i de kommende år. De er de kritiske tekniske milepæle for ELI-ALPS og Ungarn som vært i forbindelse med ELI ERIC. Stationerne forventes at blive tilgængelige på forskellige tidspunkter. Når den sidste forsøgsstation er blevet åbnet for brugeradgang, anses faciliteten for at være indtrådt i »stabil driftstilstand«. Ovenstående tabel viser desuden de planlagte opgraderinger af faciliteten, som ELI ERIC vil gennemgå og overveje i fremtiden.

Efterhånden som de primære laser- og acceleratorkilder begynder at blive taget i brug, vil de første brugergrupper hjælpe med at karakterisere kilderne og færdiggøre opbygningen af forsøgsstationerne. Disse aktiviteter forvaltes og iværksættes direkte gennem ELI-ALPS. Da de første lasere (MIR, HR1) blev taget i brug i slutningen af 2017, har de første internationale brugergrupper (FORTH Grækenland, ETH Zürich, CEA Frankrig, Hebrew University, Freiburg University, Aarhus Universitet, Universite de Limoges, MPQ Garching, Friedrich Schiller University Jena, Gwangju Institute of Science & Technology, Sydkorea, Wigner Research Institute, Ungarn) allerede siden da haft adgang til hjælp til idriftsættelse.

Når hver enkelt forsøgsstation har bestået idriftsættelsen og kommer online med støtte fra en fungerende primær kilde og/eller sekundær kilde, kan brugeradgangsprogrammet begynde, og ELI ERIC kan begynde at modtage forslag til disse stationer.

Bekræftelsen og godkendelsen af hver enkelt forsøgsstation vil blive overvåget, og en formel »operationel godkendelsesvurdering« bestående af uafhængige eksperter, eksperter fra ELI-ALPS og eksperter fra den anden ELI-facilitet vil bekræfte, at de er klar til brug, og fremsætte en formel anbefaling til ISTAC og ELI ERIC's generalforsamling.

4.3. Brugeradgang og driftstilstande

Adgangsmåden vil være velkendt for brugere af andre førende laser- og forskningsfaciliteter. Eksperimenterne forventes at blive gennemført i løbet af dage og i nogle tilfælde i løbet af uger. Samlet set er målet for faciliteten at være til rådighed (220 dage/år × 8 timer/dag) i alt 1 760 timer/år.

4.4. Aspekter i forbindelse med drift og forholdet mellem ELI ERIC og ELI-ALPS

ELI ERIC har mandat til at forvalte adgangen til ELI-ALPS-faciliteten, efterhånden som den stilles til rådighed, men facilitetens fysiske anlæg ejes og forvaltes i starten direkte af ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU). Dette er en »forskningsorganisation« i henhold til statsstøttereglerne for forskning og udvikling.

Ud over de vigtige tekniske og videnskabelige milepæle, der er anført ovenfor, er der også organisatoriske milepæle knyttet til den overordnede integration af ELI-ALPS i ELI ERIC. Disse organisatoriske milepæle er anført i nedenstående tabel.

Tabel 5

ELI-ALPS anslåede milepæle for den organisatoriske omstilling

INTEGRERET ORGANISATIONSMODEL FOR ELI-ALPS 2020 2021 2022 FORVALTNING X X X VIDENSKABSPOLITIK X X X BRUGERADGANG — X X BUDGET — X X BESKÆFTIGELSESPOLITIK — — X TEKNOLOGIFORVALTNING — — X FACILITETSSTYRING — — X RETLIGE SPØRGSMÅL OG ANSVAR — X X ADMINISTRATIVT — X X

For ELI-ALPS' vedkommende vil aktiviteterne overgå til ELI ERIC i løbet af en periode på mindst to år, og nogle aktiviteter vil overgå ved periodens udløb. Set i sammenhæng med de tekniske milepæle, der er anført for forsøgsstationerne, kan den overordnede overgangsplan fastlægges.

Nedenstående tabel viser ELI-ALPS' anslåede omkostninger til drift af faciliteten i forhold til brugeradgang for ELI ERIC fra perioden 2020-2021 (overgangsperioden). Dette er den periode, hvor det antages, at det forvaltningsmæssige ansvar for ansvarsområder, ressourcer og aktiver vil overgå fra ELI-HU til ELI ERIC.

Tabel 6

ELI-ALPS anslåede omkostninger til adgang

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

5. ELI Beamlines (ELI-BL)

ELI-Beamlines-faciliteten (ELI-BL) i Dolní Břežany nær Prag (Tjekkiet) understreger allerede med sit navn, at den er i stand til at støtte flere forskellige eksperimenter for en række brugere ved at stille forskellige laserlinjer til rådighed. Den er designet til at give mulighed for høj energi og høj gentagelsesfrekvens. Der er tale om en etsteds-greenfield-facilitet på mere end 30 000 m2, og den forventes at beskæftige ca. 200-300 medarbejdere.

Faciliteten ejes og forvaltes af det tjekkiske videnskabsakademis institut for fysik, som har fuld autonomi og status som juridisk person i Tjekkiet som en offentlig forskningsinstitution.

5.1. Teknisk struktur og kilder

Tabel 7

ELI-BL's forventede præstationsparametre for laserkilder

PRIMÆRE LASERKILDER Spidseffekt Energi i impulsen Impulsvarighed Gentagelsesfrekvens ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, tofarvet 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 skud pr. minut L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 skud pr. minut L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs-150 ps 1 skud pr. minut Astrella 6 og 10 mJ 20 fs 1 kHz Bio-laser 6 mJ CEP-stabilisering 20 fs 1 kHz





Tabel 8

ELI-BL Milepælsdatoer for adgang til strålelinjer

ELI-BL-LASERKILDER IDRIFTSÆTTELSE PÅBEGYNDT ADGANG FOR BRUGERE 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 BIO-LASER 4.2018 6.2018

Der lægges stor vægt på mulige anvendelser inden for forskellige områder af samfundsmæssig relevans, f.eks. medicin og biologi. Sammen med det tilknyttede HiLASE-center (som også ejes og forvaltes af det tjekkiske videnskabsakademis institut for fysik), der er særligt indrettet til udvikling og overførsel af laserteknologi, og som allerede fungerer som en tiltrækkende faktor for virksomheder og spin-offs på forskellige områder i den såkaldte STAR-region (Science and Technology Advanced Region), der omgiver ELI-BL-faciliteten, skaber ELI-BL et gunstigt miljø for et intensivt samarbejde mellem forskning og industri.

5.2. Forsøgsstationer

Figur 3

Anlægsplan for ELI-BL-forsøgsstationerne

De ultrakorte og ultraintense lysimpulser og de partikler, der genereres via interaktion med faststof- og gasmålmaterialer, vil muliggøre et bredt spektrum af projekter inden for grundforskning og anvendt forskning inde for kemi, biologi, medicinske teknologier, udvikling af nye materialer og andre områder. Forskningsaktiviteterne i ELI-BL-faciliteten er opdelt i seks forsøgshaller.

Tabel 9

ELI-BL Sekundære kilder/strålelinjer og milepæle

SEKUNDÆRE KILDER — ELI-BL KILDE IDRIFTSÆTTELSE PÅBEGYNDT ADGANG FOR BRUGERE E1: RØNTGENKILDER HHG 2.2018 1.2019 E1: RØNTGENKILDER PXS 3.2018 4.2019 E2: RØNTGENKILDER Betatron 6.2019 11.2019 E2: RØNTGENKILDER — FINANSIERET OPGRADERING Compton 1.2020 12.2020 E5: LASER UNDULATOR RØNTGENKILDER LUIS 3.2019 6.2020 E4: IONACCELERATION ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: ELEKTRONACCELARATION HELL 1.2019 3.2020





Tabel 10

ELI-BL-forsøgsstationer og milepæle

ELI-BL-FORSØGSSTATIONER STATION IDRIFTSÆTTELSE PÅBEGYNDT ADGANG FOR BRUGERE E1: MATERIALEMÆSSIGE OG BIOMOLEKYLÆRE ANVENDELSER MAC 4.2018 1.2019 E1: MATERIALEMÆSSIGE OG BIOMOLEKYLÆRE ANVENDELSER Trex 6.2018 5.2019 E1: MATERIALEMÆSSIGE OG BIOMOLEKYLÆRE ANVENDELSER SRS 6.2018 3.2019 E1: MATERIALEMÆSSIGE OG BIOMOLEKYLÆRE ANVENDELSER ELIps 9.2018 3.2019 E2: RØNTGENKILDER — FINANSIERET OPGRADERING Compton Station 7.2021 7.2022 E5: LASER UNDULATOR RØNTGENKILDER LUIS Station 3.2019 6.2021 E3: PLASMA PHYSICS PLATFORM P3 9.2018 10.2020 E4: IONACCELERATION ELIMED 11.2018 1.2021 E5: ELEKTRONACCELERATION ELBA Station 1.2019 7.2021

Forsøgshal E1 huser laserdrevne sekundære kilder og eksperimentelle slutstationer til anvendelser inden for molekylær og biomedicinsk videnskab samt materialevidenskab. Eksperimenterne vil udnytte synkroniserede laserfotonstråler i VUV-området og det hårde røntgenområde (High Harmonics Source — en kHz-kilde af ultrakorte EUV-impulser, der udsendes i en kohærent stråle med lav divergens, og Plasma X-ray Source — femtosekund-impulser af røntgenstråling i spektralområdet 4-30 keV).

Instrumenterne omfatter:

— MAC: et multifunktionelt kammer til de atomare, molekylære og optiske videnskaber og kohærent diffraktiv billeddannelse

— ELIps: VUV-ellipsometer til sub-ps-forsøg, en slutstation for VUV-materialer og bløde røntgenmaterialer

— slutstation for hård røntgenstråling: en modulær station til tidsopløste eksperimenter som f.eks. spredning, diffraktion, spektroskopi og billeddannelse med røntgenstråler

— optiske sonder og pumpestråler: en avanceret station til optisk spektroskopi, herunder stimuleret Raman-spredning, en kilde til en bred vifte af synkroniserede pumpestråler fra UV til IR og THz.

Forsøgshal E2 er beregnet til ultrahurtige og lyse, hårde røntgenstråler. En PW-klasse-laser vil være tilgængelig ved en gentagelseshastighed på 10 Hz. En række parametre kan justeres, herunder laserintensitet, laserpletstørrelse og -varighed og elektrontæthed i gassen. Elektronerne accelereres til relativistiske energier og vrides af selve plasmaet (Betatron-kilde) eller af en anden laserimpuls (Compton-kilde). Intense femtosekund-røntgen- eller gammastråler udsendes af en kilde i mikronstørrelse. Brugerne kan anmode om smalspektret stråling (10 % energispredning) eller bredbåndsstråling i et spektralområde fra keV til nogle få MeV.

Plasmafysikplatformen i forsøgshal E3 er en multifunktionel eksperimentel infrastruktur, der er designet til forskning i interaktionen mellem laser og plasma og laser og materiale, hovedsagelig inden for følgende emner:

— fysik med høj energitæthed (HEDP)

— varmt, tæt stof (WDM)

— plasmaoptik (PO)

— laboratorieastrofysik (LA)

— interaktion med ultrahøj intensitet (UHI).

E4-forsøgsområdet giver brugerne mulighed for at teste forskellige prøver med laseraccelererede ionkilder takket være dets ionstråle-transport- og dosimetriafsnit samt for at undersøge innovative metoder til laserdrevet ionacceleration, der kan rummes i det fleksible interaktionskammer. ELIMAIA Beamline vil gøre det muligt for brugerne at undersøge tværfaglige applikationer ved hjælp af laserdrevne ionstråler, såsom in vitro-strålingsbiologi og prækliniske undersøgelser inden for rammerne af det internationale samarbejde under ELIMED.

Forsøgshal E5 huser LUIS-strålelinjen og er beregnet til brugere, der er interesseret i bestråling af forskellige prøver ved hjælp af de mest avancerede teknikker. Det huser også ELBA-platformen, som er et fleksibelt forsøgsområde, der er forbeholdt brugere, som ønsker at afprøve innovative koncepter og anvende de mest avancerede teknologier til at accelerere elektroner med lasere på multi-GeV-niveau.

Ud over ELI-BL-facilitetens oprindelige anvendelsesområde viser ovenstående tabel desuden allerede finansierede kapacitetsforbedringer og opgraderinger af faciliteten gennem de specifikke projekter ADONIS, HIFI og ELIBIO, som vil blive genstand for en fremtidig revision og overvejelser vedrørende ELI ERIC.

Bekræftelsen og godkendelsen af hver enkelt forsøgsstation vil blive overvåget, og en formel »operationel godkendelsesvurdering« bestående af uafhængige eksperter, eksperter fra ELI-BL og eksperter fra den anden ELI-facilitet vil bekræfte, at de er klar til brug, og fremsætte en formel anbefaling til ISTAC og til ELI ERIC's generalforsamling.

5.3. Brugeradgang og driftstilstande

Adgangsmåden vil være velkendt for brugere af andre førende laser- og forskningsfaciliteter. Eksperimenterne forventes at blive gennemført i løbet af dage og i nogle tilfælde i løbet af uger. Samlet set er målet for faciliteten at være til rådighed (220 dage/år × 8 timer/dag) i alt 1 760 timer/år.

5.4. Aspekter i forbindelse med drift og forholdet mellem ELI ERIC og ELI-BL

ELI ERIC har mandat til at forvalte adgangen til ELI-BL-faciliteten, efterhånden som den stilles til rådighed, men facilitetens fysiske anlæg ejes og i starten vil blive forvaltet direkte af det tjekkiske videnskabsakademis institut for fysik, som har fuld autonomi og status som juridisk person i Tjekkiet. Dette er en »forskningsorganisation« i henhold til statsstøttereglerne for forskning og udvikling.

Ud over de vigtige tekniske og videnskabelige milepæle, der er anført ovenfor, er der også organisatoriske milepæle knyttet til den overordnede integration af ELI-BL i ELI ERIC. Disse organisatoriske milepæle er anført i tabellen nedenfor og beskrevet i tillæg 1, »ELI ERIC-modellen for forvaltningsoperationer«.

Tabel 11

ELI-BL anslåede milepæle for den organisatoriske omstilling

INTEGRERET MODEL FOR ELI-BL 2020 2021 2022 FORVALTNING X X X VIDENSKABSPOLITIK X X X BRUGERADGANG — X X BUDGET — X X BESKÆFTIGELSESPOLITIK — — X TEKNOLOGIFORVALTNING — — X FORVALTNING AF WEBSTEDET — — X RETLIGE SPØRGSMÅL OG ANSVAR — X X ADMINISTRATIVT — X X

Tjekkiet forpligter sig til at stille ELI-BL-faciliteterne til rådighed for ELI ERIC i deres fulde kapacitet.

Nedenstående tabel viser ELI-BL's anslåede omkostninger til drift af faciliteten i forhold til brugeradgang for ELI ERIC fra perioden 2020-2021 (overgangsperioden). Dette er den periode, hvor det antages, at det forvaltningsmæssige ansvar for ansvarsområder, ressourcer og aktiver vil overgå fra det tjekkiske videnskabsakademis institut for fysik til ELI ERIC.

Tabel 12

Anslåede omkostninger til adgang for ELI-strålelinjer

(EUR) ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Direkte personaleomkostninger 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Direkte omkostninger til hardware 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Personale- + HW-omkostninger 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Personale+ HW %/samlet 51 % 52 % 53 % 53 % Indirekte omkostninger 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Samlede omkostninger for ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. ANSLÅEDE OMKOSTNINGER

For at definere de betingelser, der er nødvendige for at opnå langsigtet bæredygtighed, skal omkostningerne og de mulige finansieringskilder beskrives i detaljer. Som fastsat i ELI ERIC-vedtægterne skal de generelle principper for brugen af ELI-faciliteterne dokumenteres i en selvstændig politik, som generalforsamlingen har vedtaget, og fordelingen af medlemmernes bidrag til driftsomkostningerne er fastsat i bilag 2, hvilket også skaber forudsætninger for at undgå en betydelig og varig ubalance mellem de enkelte medlemmers brug og kontant-/naturaliebidrag.

I det følgende præsenteres de grundlæggende elementer til at definere omkostninger, som kan inddeles i følgende kategorier:

1) bygge- og anlægsarbejder — kapitaludgifter før drift

2) drift — driftsudgifter til peerevalueret adgang

3) fremtidige opgraderinger — nye investeringer (kapitaludgifter), der er nødvendige for at forbedre specifikationerne og de tilgængelige instrumenter som reaktion på konkurrencen og brugernes krav.

Den følgende tekst fokuserer på aspekter af punkt 1 (opførelse) og 2 (drift).

6.1. Opførelse

Den samlede investering (anlægsomkostninger) i ELI-faciliteterne vil være på ca. 556 mio. EUR i byggeperioden, som det fremgår af tabel 13.

Tabel 13

Anlægsudgifter for ELI-faciliteterne

(TUSINDE EUR) POST ELI BL ELI ALPS ELI BYGNING + JORD 94 643 88 705 183 348 TEKNOLOGI 181 876 105 435 287 311 TJENESTER 7 601 9 788 17 389 PERSONALE 41 206 27 484 68 690 I ALT 325 326 231 412 556 738

Disse omkostninger dækkes fuldt ud af værtslandene gennem ESI-fondene og national finansiering på grundlag af de projekter, som er godkendt og overvåges af de nationale forvaltningsmyndigheder. Investeringerne har været på ca. 25 % i bygninger, 65 % i teknologi og 10 % i personale og tjenesteydelser. Disse omkostninger kan efter ELI ERIC's opfattelse ikke inddrives og vil ikke blive indregnet i ELI ERIC's driftsomkostninger. Der vil ikke blive foretaget nogen startinvesteringer eller betalt nogen anlægsudgifter via bidrag, som udelukkende er forbeholdt indledende drift, drift i stabil tilstand og opgraderinger.

6.2. Drift

Værtsmedlemmernes forpligtelse gør det muligt for andre ikkeværtsmedlemmer at fastlægge en gradvis tilgang til deres fremtidige forpligtelser og opnå en mere langsigtet bæredygtighed for ELI ERIC, baseret på medlemmernes bidrag:

Tabel 14

Anslåede driftsomkostninger ved ELI ERIC for ELI-faciliteterne

(EUR) ELI ERIC Driftsomkostninger 2020 2021 2022 2023 2024 Direkte personaleomkostninger 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Direkte hardwareomkostninger 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Indirekte omkostninger 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 ELI-faciliteter i alt 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 ELI ERIC hjemsted 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 ELI ERIC i alt 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Indtræden af ikkeværtsmedlemmer i den indledende driftsperiode giver mulighed for en gradvis stigning i bidragene efter oprettelsen af ELI ERIC og for en afgørelse om det endelige niveau og tilsagn om deres bidrag kort efter etableringen. Den tidlige indtræden gør det muligt for potentielle medlemmer at blive inddraget i fastlæggelsen af de grundlæggende regler for driften af ELI-faciliteterne og samtidig øge de finansielle forpligtelser i begyndelsen.

Ovenstående er de forventede driftsomkostninger for ELI ERIC, justeret for de nuværende milepæle. De repræsenterer sandsynligvis et højere skøn i forhold til brugeradgangsomkostningerne i den indledende driftsperiode, afhængigt af om milepælene er nået eller ej. Der skal opstilles og overvåges årlige overslag for den første driftsperiode.

6.3. Fremtidige opgraderinger

ELI ERIC-driftsudgifterne tager ikke højde for fremtidige opgraderinger af lasersystemer og -faciliteter. De dækker driftsomkostningerne, herunder reservedele og vedligeholdelse.

Avancerede lasersystemer udvikler sig hurtigt, og det er almindeligt anerkendt, at der er behov for løbende udvikling for at opretholde konkurrenceevnen. Med henblik herpå vil ELI ERIC-ledelsen foreslå specifikke opgraderingsprojekter, og der vil blive foretaget en analyse over fem og ti år for at forstå den potentielle udvikling og omkostningerne herved. Der vil blive tilrettelagt specifikke opgraderingskampagner for at imødekomme kapitalinvesteringsbehovene og -kilderne.

7. UDVIKLING OG MÅL

Extreme Light Infrastructure ERIC udgør en vigtig udvikling, ikke kun for lasersamfundet i Europa, men også for det bredere europæiske forskningsrum. Laserteknologi er både et etableret område og samtidig et område, der udvikler sig hurtigt. Efterhånden som området udvikler sig, bliver det mere og mere relevant for videnskabelige anvendelser, og det er allerede yderst vigtigt for den europæiske konkurrenceevne.

Extreme Light Infrastructure ERIC vil have store fordele for samfundet på områder som f.eks. forbedret klinisk kræftbehandling, biomedicinsk billeddannelse og behandling af nukleare materialer og affald. ELI ERIC vil desuden støtte den europæiske fiberoptikindustri og give uddannelsesmuligheder for nye videnskabsfolk og teknikere inden for fiberoptik og laserbaserede forskningsområder.

Extreme Light Infrastructure ERIC er afgørende for initiativer på europæisk plan for at bevare konkurrenceevnen inden for det meget strategiske område for kraftige kortimpuls-lasersystemer med høj effekt og de tilhørende videnskabelige og innovative områder. Den stejle udviklingskurve for laserteknologier viser, at området er godt positioneret til at skabe dramatiske forandringer i eksisterende videnskabelige og industrielle platforme i stor skala på mellemlang og lang sigt. Før det kan ske, skal ELI ERIC imidlertid vise, at det er i stand til at operere bæredygtigt.

7.1. Udvikling af laservidenskab og -teknologi

Europa har overtaget førertrøjen fra Asien og Nordamerika med hensyn til faciliteter og forskningscentre for højtydende lasere. Det er tydeligt, at der sker en betydelig koncentration i Europa, hvilket hovedsagelig skyldes de forskellige institutters og landes selvorganisering via EU-programmer, som har støttet og givet området et strategisk aspekt i flere årtier.

Den videnskabelige succes og entusiasme inden for højeffektlaserfaciliteter har ført til en stigning i antallet af europæiske installationer i løbet af det seneste årti. Selv om der er en række faktorer bag denne udvikling, er der en klar parallel til stigningen i antallet af nationale laserlaboratorier inden for det EF-finansierede europæiske netværk LaserLab Europe (www.laserlab-europe.net). Ifølge hjemmesiden samler konsortiet nu 33 førende organisationer fra 16 lande inden for laserbaseret tværfaglig forskning. Heraf tilbyder 22 af disse faciliteter adgang til deres laboratorier til forskning i og uden for Europa.

Figur 4

Verdenskort fra 2016 fra International Committee for Ultra-Intense Lasers (ICUIL), der viser den globale udbredelse af laseranlæg i PW-klassen

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

Den tidlige succes med LaserLab Europe giver ELI ERIC et fundament for at fortsætte med at opbygge det europæiske lasersamfund. Lige så vigtigt er det, at ELI ERIC vil give mulighed for nye kompetencer og tiltrække opmærksomhed fra andre videnskabelige discipliner. ELI ERIC's ekspertise, viden og konceptbekræftelser blev udviklet på grundlag af de nationale laserbaserede laboratoriers succes. Der er vokset et fællesskab af brugere frem, og der er foretaget betydelige investeringer, som også støtter udviklingen af europæiske virksomheder til at opbygge ELI ERIC og andre faciliteter i PW-klassen. Et fortsat samarbejde i fællesskabet er afgørende for Europas fortsatte konkurrenceevne og lederskab på dette område.

Med opdagelsen af chirped impulse amplification (CPA) og senere optisk parametrisk CPA (OPCPA) på ELI-systemer er der sket et spring i laserimpulsspidseffekten med seks til otte størrelsesordener, hvilket er fire størrelsesordener over det niveau, hvor elektronens quiver-energi er lig med elektronens hvilemasseenergi (eller 1 018 W/cm2 for elektronen). Dette indvarsler relativistisk laserplasmainteraktion og det subatomare område, herunder kerne- og partikelfysik. Den fremtidige udvikling på ELI ERIC kan realistisk set konkurrere med verdens kraftigste acceleratorer til en brøkdel af prisen og med mere traditionelle teknikker, hvor der er behov for høje accelerationsgradienter i målrettede applikationer som f.eks. strålebehandling af tumorer i et hospitalsmiljø, hvor plads og omkostninger er afgørende.

Med hensyn til teknologisk udvikling vil ELI ERIC i høj grad fokusere på kritiske samarbejdsområder, som er udpeget af ELI og førende partnere i LaserLab. De vigtigste flaskehalse for en pålidelig og omkostningseffektiv drift af systemer og faciliteter i PW-klassen vil blive behandlet sammen med industrien med henblik på at overvinde disse flaskehalse. Dette vil ikke blot have en positiv indvirkning på den europæiske industri på området, det europæiske forskningsrum og netværket af partnere i LaserLab i dag — det vil også direkte føre til bæredygtig drift af ELI-faciliteterne og dermed sikre pålidelighed i verdensklasse.

Figur 5

Antal lasersystemer i petawatt-klassen, der kommer online hvert år, sorteret efter det kontinent, som disse systemer er baseret på (*2)

Fysikken er klar, og udfordringen består i at udvikle teknologien. ELI vil i samarbejde med industrien og andre førende forskningscentre udvikle en række støtteteknologier, i særdeleshed næste generation af optiske komponenter.

7.2. Organisatoriske mål for ELI ERIC

7.2.1. Etablering af drift

De samlede ressourcer og den samlede opmærksomhed omkring ELI ERIC vil have en dybtgående og langsigtet indvirkning på videnskaben på området og på den teknologiske udvikling. Men det første mål er pragmatisk og lokalt: samtidig oprettelse og sammenlægning af forvaltningen af to faciliteter og effektiv integrering af ressourcerne.

ELI ERIC er — i overensstemmelse med forordning (EF) nr. 723/2009 — en etsteds-forskningsinfrastruktur, der har flere driftssteder i medlemsstaterne i tillæg til hjemstedet. Selv om der findes andre videnskabelige organisationer med flere forskellige lokaliteter, er der meget få nye europæiske projekter, der er opført i forskellige lande ved hjælp af strukturfondene med det formål at samle sig som én forskningsinfrastruktur. Der findes heller ikke nogen store laserbaserede brugerfaciliteter. ELI ERIC skal først sætte disse faciliteter i drift, inden der tages fat på bredere interesser. Dette er en teknisk og ledelsesmæssig udfordring.

7.2.2. Etablering af samarbejde

Det andet mål er at identificere mulighederne for tekniske synergier mellem Europas førende centre for højeffekt- og kortimpulslasere. Historisk set har lasere i PW-klassen med høj effekt været udfordrende at drive i et brugermiljø, hvor der har været problemer med pålidelighed og udskiftning af dyre komponenter. ELI-faciliteterne alene vil tilsammen råde over en effekt på mere end 30 PW.

Med partnere på nationale faciliteter i Frankrig, Tyskland, Spanien, Storbritannien og Italien (alle Laserlab Europe-medlemmer) vil ELI ERIC samle den største koncentration af de mest avancerede kortimpulslaseranlæg med høj effekt i historien. Der er ingen reel sammenligning, da ambitionen er at skabe et hidtil uset samarbejde om at identificere komponenter og processer, der hindrer drift af PW-lasere, og identificere løsninger og standardtilgange til drift.

Det forventes, at faciliteterne ved at samarbejde med industrien kan sænke driftsomkostningerne med op til 30 % i nogle tilfælde og øge tilgængeligheden for brugerne med op til 90 % stråletid. Dette giver mulighed for at realisere unikke stordriftsfordele, hvilket muliggør betydelige teknologiske fremskridt på kort tid. Sådanne fremskridt vil have global gennemslagskraft i hele laserindustrien.

7.2.3. Etablering af et omdømme

Den tredje ambition er at demonstrere ELI ERIC-systemernes ydeevne og potentiale på videnskabelig vis tidligt i det videnskabelige programs driftsfase. ELI-faciliteterne vil med hjælp fra erfaringerne fra andre partnerfaciliteter forsøge at have 80 % af de anslåede brugertimer på faciliteterne til rådighed i 2021, med 90 % af de primære lasersystemer i drift, hvoraf de fleste har høj til middelhøj gentagelsesfrekvens.

Til sammenligning er den nyeste teknologi for lasere i PW-klassen i dag flere skud i timen, og ELI ERIC og visse partnerfaciliteter vil sigte mod at operere med Hz- og multi-Hz-hastigheder. Dette er så meget desto mere bemærkelsesværdigt, når man tager i betragtning, at ELI ERIC i nogle tilfælde anvender lasere, der er verdens førende med hensyn til ydeevne. Tidlige projekter vil gøre det muligt at eksperimentere med disse forhøjede gentagelsesfrekvenser med fælles udvikling og udarbejdelse af mål for brugerne.

Disse eksperimenter vil ikke blot føre til banebrydende opdagelser, men vil også gøre det muligt at opnå verdensførende rekordresultater for sekundære kilder, såsom acceleration i geV-bølgefeltet. Sådanne banebrydende, kontrollerede eksperimenter tidligt i faciliteternes levetid vil kombineret med omfattende formidlingsaktiviteter skabe stor interesse for ELI ERIC og for laservidenskab i almindelighed. Dette vil få betydning for hele laservidenskaben i Europa og verden og vil føre til mange praktiske anvendelser som f.eks. avancerede kræftbehandlinger og omdannelse af farligt atomaffald. Ambitionen er at demonstrere dette potentiale og skabe et voksende, bæredygtigt grundlag til støtte for ELI ERIC og al laservidenskab i Europa.

7.2.4. Etablering af innovation

ELI ERIC's indvirkning på innovation og teknologi i laserindustrien slutter ikke ved afslutningen af anlægsfasen. Den nuværende udfordring for driftsfasen er en bæredygtig teknologisk udvikling. ELI vil opbygge langsigtede forbindelser med industrielle partnere for at løse problemerne med indkøb af nøglekomponenter og løbende teknologisk udvikling med fokus på bæredygtig drift.

Hvad angår forbindelserne med industrien, vil en af udfordringerne være at indlede en dialog med leverandørerne for at identificere begrænsninger for produktforbedringer eller risikobegrænsende processer (stor tilgængelighed af reservedele, flere leverandører osv.), især med henblik på bæredygtig drift af ELI-anlæggene på lang sigt.

Den teknologiske udvikling, der er drevet af ELI ERIC's krav, vil fortsætte i driftsfasen. Et par eksempler er:

— Vigtige optiske komponenter til lasere med høj effekt/høj gentagelsesfrekvens. Transport- og fokuseringsoptik samt diffraktionsgitre og de aktive materialer skal videreudvikles, så de kan modstå impulser med høj energi og høj spidseffekt over store strålediametre i lange perioder, og dette skal gøres for et højt antal skud.

— Metrologi med korte impulser og store stråler. Der er behov for banebrydende løsninger til måling af systemernes ydeevne ved korte impulser og store stråler for at understøtte forståelsen af de unikke videnskabelige resultater, der vil kunne opnås med ELI-faciliteterne.

— Komplet kontrol af komplekse systemer. Forsøgssystemerne skal sikre ydeevne og problemfri drift. Der er behov for intelligente og fuldstændigt forbundne kontrolsystemer.

ELI-faciliteterne vil fokusere på samarbejde med industrielle partnere, der er i stand til at revolutionere den nuværende teknologi med innovative løsninger. Innovationsindholdet vil ikke kun fokusere på det tekniske aspekt på kort sigt, men vil også tage fat på spørgsmålene om løsningens bæredygtighed på lang sigt for at sikre ELI ERIC den bedste ydeevne, den længste driftstid og den mest effektive kontrol med vedligeholdelsesomkostningerne. ELI ERIC's unikke videnskabelige resultater vil på lang sigt være baseret på de mest bæredygtige teknologiske løsninger inden for lasere med høj spidseffekt.

7.2.5. Virkninger i værtslandene

En af hovedårsagerne til at investere i og placere ELI ERIC i de centraleuropæiske lande er at give regionerne et forsknings- og teknologicenter af høj værdi. Der er adskillige undersøgelser af andre regionale forskningsinfrastrukturer, som viser, at en betydelig del af investerings- og innovationseffekten finder sted inden for 100 km fra faciliteten, hvilket viser, at nærhed har betydning. Nogle af de forventede virkninger omfatter:

— Direkte indvirkning fra investeringer — værterne forventes at modtage 50-80 % af driftsomkostningerne fra andre medlemmer, hvilket betyder, at investeringerne bør have en direkte indvirkning på den lokale økonomi. ELI vil følge og rapportere om disse virkninger. Det forventes, at > 50 % af dette beløb vil blive brugt i lokalområdet, hvilket berører to forskellige centraleuropæiske områder.

— Øgede muligheder for nationale/lokale forskere — ELI-faciliteterne er alle placeret i byer (Prag, Szeged) med universiteter. Begge universiteter er bevidste om den kommende udvikling på ELI ERIC og har positioneret studerende og akademikere med programmer, der kan drage fordel af nærheden til ELI ERIC. I forbindelse med dette projekt findes der specifikke aktiviteter, som har til formål at nå ud til lokale forskere, så det forventes, at hvert land inden for ti år efter etableringen af ELI ERIC vil have førende forskere på området.

— Øgede innovationsmuligheder for den lokale industri — ud over de direkte investeringseffekter, der er beskrevet ovenfor, vil nærheden af faciliteterne fremme innovation på mindst to målbare måder. For det første vil en kompetent industri se muligheder og henvende sig proaktivt til faciliteten enten for at sælge produkter eller forsøge at forstå, hvordan de kan tilpasse deres tilbud til faciliteten. Gennem »Outreach to Industry«-arrangementer vil både indkøbsteamene og de industrielle forbindelsesofficerer bidrage til at lette udvekslingen af oplysninger om faciliteterne. Desuden er der nogle områder, hvor det af strategiske årsager kan være en fordel for faciliteterne at have en lokal leverandør. Dette kan skyldes de lave omkostninger i området, men det er mere sandsynligt, at det vil skyldes nærheden og den nemme adgang til leverandører med henblik på tilpasning af tekniske løsninger.

8. VIGTIGSTE RISICI

8.1. Risikoanalyse

Tabel 15

Risikovurdering på højt niveau for gennemførelsen af ELI ERIC-faciliteterne

Potentiel risiko Sandsynlighed Lav 1-5 Høj Virkninger Lav 1-5 Høj Forebyggelse/afhjælpning Rekruttering af personale og konkurrencedygtige lønninger — Der er en risiko for, at ELI ERIC vil finde det vanskeligt at tiltrække »førende« eksperter til sin medarbejderstab. 4 5 Aktiv rekruttering, tidsbegrænsede kontrakter, forskningsmuligheder, initiativer vedrørende »livskvalitet«. Teknisk risiko for ikke at opfylde nøgleparametre — Risiko for, at ELI ikke vil nå nogle centrale præstationsparametre, hvilket kan forhindre visse forsøgsmuligheder. 3 3 Planlægning og dialog med brugerkredsen og ISTAC for at styre forventningerne og fastlægge alternative forsøgsprioriteter. Eskalering af lønningerne over de første fem år — Lønudgifterne til ELI ERIC vil stige betydeligt med alt lige fra 5 til 10 % om året som følge af den lokale arbejdsmarkedsdynamik. 5 3 Planlægning og dialog med personalet med henblik på at fastlægge forventninger Forældelse af udstyr/komponenter — Teknologien i lasersystemerne vil udvikle sig hurtigt i det kommende år, og ELI risikerer ikke at være konkurrencedygtig, hvis der ikke er løbende kapitaludgifter. 3 4 Planlægning i form af en teknologikøreplan, ansøgning om supplerende finansiering Dårlige indledende brugeroplevelser — Skader i begyndelsen på grund af a) anlæg, der ikke fungerer, b) personale, der ikke yder støtte, eller c) dårlig kommunikation/forventningsstyring. Dette kan medføre dårlig omtale blandt forskere og en meget langsom udbredelse af tjenesterne. 3-4 4-5 Nært samarbejde i begyndelsen med »venlige brugere«, brugerundersøgelser, plan for »brugerkoordinatorer« til at tilbyde »concierge«-tjenester Manglende succes med at integrere ELI-faciliteterne — På grund af ledelses-/forvaltningsproblemer forsinkes eller mislykkes den organisatoriske sammenlægning. Dette fører til øgede omkostninger og skader ELI-ERIC's integritet og omdømme. 2 5 Tæt ledelsesovervågning, »forandringsstyring« og uddannelsesworkshops med støtte på højt niveau, øremærkede ressourcer og rimelige tidsplaner

(1) Rådets forordning (EF) nr. 723/2009 af 25. juni 2009 om fællesskabsrammebestemmelser for et konsortium for en europæisk forskningsinfrastruktur (ERIC) (EUT L 206 af 8.8.2009, s. 1).

(*1) CPA- og faststoflaserteknologien har presset den nuværende spidsintensitet til over 1022 W/cm2. ELI ERIC vil øge dette med mere end én størrelsesorden. På billedet ses også SLAC E144-eksperimentet (blå prik), der opnåede høj intensitet ved at øge interaktionen mellem laser og materiale i en relativistisk ramme. De vandrette linjer angiver intensiteten af den ponderomotive (quiver) energi Up i en elektron ved 800 nm (Ti:Sapphire)-laser svarende til én atomar enhed, og for at Up skal være lig med elektronens hvilemasse, eller det ultimative mål for Schwinger-intensiteten Y=1, hvor vakuummet bliver ustabilt, og lyset omdannes til stof. Kilde: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Denne oversigt omfatter anlæg i drift og anlæg under opførelse. Kilde: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.