I LISA

TEHNILINE JA TEADUSLIK KIRJELDUS

1. KÄESOLEVA DOKUMENDI EESMÄRK JA KOHALDAMISALA

Selles dokumendis kirjeldatakse projekti „Extreme Light Infrastructure“ Euroopa teadusuuringute infrastruktuuri konsortsiumi (ELI ERIC) raames teadlastele pakutavaid teaduslikke kasutusotstarbeid ja tehnilisi süsteeme. Samuti kirjeldatakse selles konkreetseid aspekte, mis on seotud vastuvõtvate riikide poolt ELI ERICu jaoks kättesaadavaks tehtavate rajatistega. Selle dokumendi alusel määratakse kindlaks ELI ERICu käitamistegevuse ulatus ja määratlus.

Dokumendis loetletakse ELI ERICu teaduslikud eesmärgid ja kirjeldatakse selle kasutusotstarvet. Asjakohastel juhtudel viidatakse ELI valgele raamatule, mis oli ELI peamine tehniline dokument enne rajamist. Selles olulises dokumendis kirjeldatud ELI visiooni teatavad aspektid on jätkuvalt asjakohased, ent käesoleva dokumendi ja ELI ERICu asutamise kontekstis kirjeldatakse üksnes ERICu asutajatest vastuvõtvate liikmete pakutavaid tehnilisi rajatisi.

Dokumendis tehakse kokkuvõte ELI rajatiste praegusest teaduslikust ulatusest ning ka tehnilistest aspektidest. Samuti käsitletakse küsimusi, mis on seotud käitamistegevuse alguse eelarve ja ajakavaga. Teave põhineb ELI ERICu põhikirjal, eelkõige artiklil 22 („Siduvad kohustused ja vahendid“), ning sellest juhindutakse ELI ERICU ja rajatiste omanike (vastuvõtvad asutused) vaheliste lepingute sõlmimisel, millega tehakse ELI rajatised kasutajaskonnale kättesaadavaks. Seda silmas pidades on käesolev dokument lahutamatu osa ELI ERICu põhikirjast ELI ERICu asutamisel ning peamine lähtealus seoses rajatiste tegevusulatuse ja põhiülesandega.

2. SISSEJUHATUS JA TAUSTTEAVE

Projekti „Extreme Light Infrastructure“ ERIC on rahvusvaheline teadusotstarbeline laserrajatis, mille eesmärk on luua uusi võimalusi teadusharudevahelisteks teadusuuringuteks üliintensiivvalgusega (extreme light) kõrgeima tippvõimsusega laserallikatest, mis praegu maailmas saadaval. Need laserid ja neist eralduv sekundaarne kiirgus võimaldavad teha enneolematuid avastusi mitmesugustes teadusvaldkondades, ent uurida ka ühiskonna seisukohast olulisi rakendusi.

Kooskõlas nõukogu määrusega (EÜ) nr 723/2009 (1) on ELI ERIC ühes kohas asuv teadustaristu, millel on lisaks põhiasukohale mitu tegevuskohta vastuvõtvates liikmesriikides. ELI rajatised asuvad kahes tegevuskohas – üks Tšehhi Vabariigis ja teine Ungaris. Need tehakse kättesaadavaks rahvusvahelisele teaduskasutajate kogukonnale.

2018. aastal pälvisid Gérard Mourou ja Donna Strickland Nobeli füüsikaauhinna oma töö eest sirts-impulsivõimenduse (Chirped Pulse Amplification, CPA) alal. See auhind on ELI jaoks mitmes mõttes eriline, sest sellega tunnustati tehnoloogiat, tänu millele sai võimalikuks üliintensiivse laservalguse tehnoloogia. ELI rajatistes arendatakse CPA-tehnikat edasi, et teha kättesaadavaks enneolematul tasemel tippvõimsus (vt joonis 1). See omakorda annab võimaluse uurida mitmesuguseid fundamentaalteaduslikke ja ka ühiskonna seisukohast kasulikke rakendusi.

ELI ERICu konkreetne eesmärk on uurida ja arendada kaht põhikontseptsiooni, mis määrati algselt kindlaks ELI valges raamatus ning on jätkuvalt asjakohased.

— Suure energiaga kiired ja röntgenikiirgus: kompaktlaser-plasmakiirenditega tekitatavad ülilühikeste impulsside abil laetud osakeste (> 10 GeV) ja kiirguse (kuni mõni MeV) kiired;

— atosekundteadus: aatomite, molekulide, plasmade ja tahkiste elektrondünaamika piltuuringud atosekundilisel ajaskaalal.

Täpsemad eesmärgid on järgmised.

— Tšehhi Vabariigis Dolní Břežanys (Praha lähistel) asuva ELI kiirekanalite (ELI-Beamlines) puhul on eesmärk arendada osakeste ja kiirguse sekundaarseid lühiimpulss-allikaid ning uurida nende multidistsiplinaarseid rakendusi molekulaarteaduses, biomeditsiinis ja materjaliteaduses, tihedate plasmade ja sooja tiheaine füüsikas ning laboratoorses astrofüüsikas. Peale selle kasutatakse rajatises suure võimsuse ja kordussagedusega lasereid tugeva väljaga füüsikakatseteks, mille puhul fokusseeritud intensiivsus on ligikaudu 1023 W/cm2, ning uuritakse eksootilise plasma füüsikat ja kvantelektrodünaamika mittelineaarseid efekte. — Ungaris Szegedis asuv atosekundilise valgusimpulsi allikas (ELI Attosecond Light Pulse Source, ELI-ALPS) on ainulaadne uurimisrajatis, kus on võimalik kasutada valgusallikaid sagedusribas teraherts-sagedusest (1012 Hz) röntgenikiirguse sageduseni (1018–1019 Hz) suure kordussagedusega ülilühikeste impulsside kujul. ELI-ALPSi abil uuritakse ülikiiret dünaamikat atosekundilisel ajaskaalal (10–18 s) tehtavate piltuuringutega aatomite, molekulide, plasmade ja tahkiste elektrondünaamikast. Samuti tehakse teadusuuringuid ülisuure intensiivsusega laseritega.

ELI rajatistes on kättesaadavad kõige võimsamad ja kõige lühikesema impulsiga süsteemid, mis praegu saadaval. Täpsemalt on ELI esimene taristu, mis on pühendatud fundamentaalteaduslikele uuringutele laseri ja aine vastastikmõju uurimiseks ultrarelativistliku intensiivsuse juures (I > 1024 W/cm2). Rajatistes juba katsetatakse uue põlvkonna innovatiivseid, ülimalt kompaktseid kiirekanaleid, mis suudavad tekitada femtosekundilise (10–15 s) kuni atosekundilise (10–18 s) kestusega impulsside abil laetud osakeste ja kiirguse kiiri.

Tänu teadusuuringute mitmekesisusele toovad ELI rajatised eeldatavalt märkimisväärset kasu ühiskonnale ja soodustavad innovatsiooni keskpikas ja pikas perspektiivis, sealhulgas aitavad parandada vähiravi (ioonkiirgus), piltdiagnostikat ja biomeditsiinilist kuvamist ning töötada välja uue põlvkonna footontehnoloogia ja uued, muundamisel põhinevad meetodid tuumajäätmete töötlemiseks.

Kahe tegevuskoha peale kokku on ELI rajatiste pindala peaaegu 54 000 m2 ning seal asub tööle eeldatavalt kuni 600 teadlast, inseneri, tehnikut ja tugitöötajat.

Joonis 1

Suurimad fokusseeritud intensiivsused läbi aja (*1)

ELI valges raamatus, mis avaldati 2011. aastal, nähti rajatise jaoks algselt ette visioon, mis nihutab üliintensiivse valguse ja laseritehnoloogia piire, mis praegusel ajal on olulisem kui kunagi varem:

„Tänapäeva tehniliselt võimsaimate laserisüsteemide tippvõimsus jääb vahemikku 1–2 petavatti (PW) ja neil on seejuures väga väike kordussagedus (alla 1 Hz). Olukord ei ole kümne [nüüdseks 20] aasta jooksul muutunud. Enamik võimsatest süsteemidest on aga endiselt 100 TW tasemel. ELI ja tema eelkäijaks olnud riigisisesed projektid, nagu ILE ja Vulcan-10 PW, aitavad viia lasermoodulite tippvõimsuse tasemele 10 PW või seda veel mitmekordistada, tagades seejuures märksa suurema kordussageduse. See tähendab, et kumbki parameeter paraneb enam kui ühe suurusjärgu võrra.“

Kõnealune visioon rajab tee veelgi võimsamatele, kombineeritud ja koherentsetele 100 PW laserisüsteemidele, mida kavatsetakse ELI rajatistes esmakordselt kasutusele võetavate tehnoloogiate põhjal realiseerida tulevastes ELI rajatistes. Sellised süsteemid võimaldavad uurida uut tüüpi vastastikmõju ning seeläbi avardada aatomifüüsika piire ja uurida tuumafüüsika, osakeste suurte energiate füüsika ja astrofüüsika seisukohast olulisi ainekihte. Neid valdkondi on traditsiooniliselt uuritud suure energiaga osakeste kiirendite abil. Eeldatavalt võidakse ELIs välja kujundada täiesti uus lähenemisviis fundamentaalfüüsika uurimisele. ELI keskmes on laseri ultrarelativistlik intensiivsus, mis tagab:

— tugevaima elektromagnetvälja;

— võimaluse, et valgus paneb aine, elektronid ja ioonid liikuma relativistlikul kiirusel;

— suure energiaga koherentse või mittekoherentse röntgeni- või gammakiirguse tekke;

— võimaluse tekitada märksa lühema – lõppkokkuvõttes isegi atosekundist lühema – kestusega impulsse kui praegu võimalik.

Need neli ainulaadset aspekti pakuvad nii eraldi kui ka koosluses uut võimsat struktuuridünaamikal põhinevate töövahendite kogumit.

3. ELI RAJATISED JA ELI ERIC

Juurdepääs ELi rajatistele on konkurentsipõhine, rahvusvaheline ja avatud kasutajatele nii liikmesriikidest kui ka mujalt kooskõlas ELI ERICu põhikirja artikli 2 lõike 2 punktiga a, ELI ERICu kasutajate juurdepääsu põhimõtetega vastavalt ELI ERICu põhikirja artiklile 6 ning teadustaristutele juurdepääsu käsitlevas Euroopa Liidu hartas (2) sätestatud põhimõtetega. Kasutajatele antakse juurdepääs kõikidel juhtudel vastastikuse eksperdihinnangu alusel. ELI ERIC tagab kasutajatele ühtse projektikonkursi raames taotluste esitamiseks ühise pääsupunkti, mis hõlmab integreeritud viisil kogu ELI rajatistes kättesaadavat võimekust.

Teaduslikust vaatenurgast tähendab avatud juurdepääs ELI rajatistele seda, et rajatisi saavad kasutada teadlased nii liikmesriikidest kui ka mitteliikmesriikidest. Taotlusi hinnatakse konkurentsipõhiselt, kusjuures avatud juurdepääs tähendab ühtlasi seda, et andmed tehakse tutvumiseks, retsenseerimiseks ja võimalikuks väljaannetes kasutamiseks kättesaadavaks kõigile.

Avatud juurdepääsu kõrval on võimalik ka tasuline juurdepääs, mille korral tulemused (andmete kujul) kuuluvad kasutajale ning on kaitstud ärisaladusega.

Samuti pakutakse juurdepääsuvõimalusi konkreetsete põhiülesandega seotud eesmärkide täitmiseks, näiteks selleks, et teha konkreetse erialaga seotud temaatilisi teadusuuringuid. See võib hõlmata ka tehnoloogiaarendust, et teha koostööd innovatsiooni ja hangete edendamiseks. Liikmete ja Euroopa teadusruumi prioriteet on koolitus ja haridus suutlikkuse suurendamise eesmärgil, mida võidakse laiendada ka liikmete ringist väljapoole.

Vastuvõtvad liikmed võtavad kohustuse teha ELi rajatised ELI ERICule kättesaadavaks osana oma sissemaksest. Selline mitterahaline sissemakse vastuvõtvatelt liikmetelt on avalikes huvides ning tähendab, et ehitusinvesteeringute maksumust ei amortiseerita ega arvestata tegevuskulude hulka. Kättesaadavus ei tähenda, eelda ega välista rajatiste täielikku või osalist omandiõiguse üleandmist. Selles konkreetses kontekstis tähendab kättesaadavus ELI ERICu ja tema vastuvõtvate liikmete kokkuleppel seda, et antakse täielik juurdepääs asjaomastele rajatistele, kontroll nende üle ja vastutus nende eest. Juriidiliselt reguleeritakse seda korraldust rajatiste käitamist käsitlevate lepingutega ELI ERICu ja vastuvõtva liikme ning, kui see on kohaldatav, ELI rajatiste omanike vahel.

Nendes lepingutes käsitletakse rajatiste käitamist, tuge ja haldamist ning õigusliku aluse loomiseks viidatakse neis otseselt ELI ERICu põhikirjale. Lepingutes arvestatakse eelnevalt võetud, sealhulgas Euroopa struktuuri- ja investeerimisfondide teostusprojektides kindlaks määratud siduvate kohustuste, vastutuse ja kohustustega. Lepinguid arutatakse täiendavalt ELI ERICu juhtimistoimingute mudeli raames ning seoses kättesaadavusega hõlmavad need kaht liiki vahe-eesmärke:

— tehnilised vahe-eesmärgid, mida kirjeldatakse allpool, st konkreetsed instrumendiplokid ja katsejaamad, mis on toimivad ja kasutusvalmis sõltumatutest ekspertidest koosneva hindamiskomisjoni soovituse ja ELI ERICu üldkogu heakskiidu alusel;

— organisatsioonilised vahe-eesmärgid, mis määratakse kindlaks kummagi ELI rajatise jaoks eraldi.

Kõnealune lähenemisviis peab olema kooskõlas ELI ERICu põhikirjas sätestatud üldeesmärgiga, mille kohaselt peab ELI ERIC tegutsema ühe juriidilise isikuna ning arenema sarnaselt muude juhtivate teadustaristutega, st saavutama ühtse integreeritud organisatsiooni struktuuri ja halduskorra, nagu on sätestatud ELI ERICu põhikirja artikli 3 lõikes 1.

Alljärgnevates jaotistes kirjeldatakse mõlemat ELI rajatist täpsemalt ning määratakse ühtlasi kindlaks nende põhiline teaduslik ja tehniline laad. See teave moodustab olulise aluse ELI rajatiste kättesaadavaks tegemise lähenemisviisile, mida eespool kirjeldati. Jaotistes kirjeldatakse ka seda, millal kumbki rajatis kasutajate juurdepääsuks kättesaadavaks tehakse, ning rajatise hinnangulisi tegevuskulusid esimesel kolmel käitamisaastal, k.a kaks esimest püsiseisundis käitamise aastat. Samuti kirjeldatakse jaotistes lühidalt kummagi ELI rajatise praegust õiguslikku seisundit ning seda, kuidas võib see seoses ELI ERICuga mõjutada edasist juurdepääsu.

4. ELI-ALPS

Ungaris Szegedis asuvas atosekundilise valgusimpulsi allika (ELI Attosecond Light Pulse Source, ELI-ALPS) rajatises tehakse rahvusvahelisele kogukonnale ELI ERICu raames kättesaadavaks mitmesugused kiirgus- ja osakeste allikad, mis emiteerivad tehniliste kirjelduste ja käitamise stabiilsuse tingimustes ülilühikesi energiaimpulsse ja koherentset kiirgust atosekundilisel (10–18 s) ajaskaalal. Tegemist on hoonestamata alale ehitatava ühes kohas asuva rajatisega, mille pindala on enam kui 24 000 ruutmeetrit. Töötajate arv on eeldatavalt ligikaudu 200.

ELI-ALPSi praegune omanik ja ehitaja on riigi omanduses (riigile kuulub 90 % ja kohalikele sidusrühmadele 10 %) olev sõltumatu mittetulundusühendus ELI-HU Non-Profit Ltd (ELI-HU), kellel on Ungaris täielik autonoomia ja juriidilise isiku staatus.

4.1. Tehniline struktuur ja allikad

Szegedis asuva ELI-ALPSi teadusrajatise põhiülesanne on teha rahvusvahelise teadusringkonna kasutajarühmadele kättesaadavaks suur valik ülilühikese impulsiga valgusallikaid. Taristu oluline teadusalgatus on laserjuhitavad sekundaarsed allikad, mis emiteerivad koherentset üliintensiivultraviolettkiirgust (EUV) ja röntgenikiirgust atosekundiliste impulssidega. Rajatise teisene eesmärk on aidata kaasa teaduse ja tehnika arengule, et arendada suure tippintensiivsuse ja suure keskmise võimsusega lasereid.

Tabel 1

ELI-ALPSi laserallikate väljundvõimsuse prognoositavad parameetrid

PRIMAARSED LASERALLIKAD Tippvõimsus Keskmine võimsus Impulsi energia Impulsi kestus Kordussagedus ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 tsüklit < 1,9 tsüklit 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 tsüklit (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 tsüklit (< 42 fs) 100 kHz MIR HE kavandatav uuendus ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ 3 μm juures ~ 20 mJ 1,5 μm juures ~ 3 tsüklit (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 tsüklit (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 kavandatav uuendus ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 tsüklit (~ 8 fs) 1 kHz SYLOS, katse vastavusse viimine 3 TW 0,4 W > 40 mJ < 12 fs 10 Hz HF PW > 2 PW 340 W 34 J 17 fs 10 Hz THz Pump > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

ELI-ALPSi taristus saavad kasutajad teadusuuringuteks ja tööstuslikeks rakendusteks kasutada primaarsete laserallikate impulsse koos sünkroonitud sekundaarse valguse ja sekundaarsete osakeste impulsside muljetavaldava massiiviga. Laserallikate teatavad silmapaistvad parameetrid on järgmised:

— mõnetsüklilised impulsid sagedusribas alates terahertsist (infrapunakiirgus) kuni petahertsini (ultraviolettkiirgus), kusjuures kordussagedus on muljetavaldavalt suur – 10 Hz kuni 100 kHz;

— EUV, nõrga ja tugeva röntgenikiirguse atosekundilised impulsid kordussagedusega 10 Hz kuni 100 kHz ja impulsi energiaga, mis ulatub mõnest mikrodžaulist (μJ) millidžaulini (mJ);

— relativistlike ja ultrarelativistlike osakeste ja ruumiliselt koherentse röntgenikiirguse allikad femtosekundiliste impulssidega;

— kontrollitud ultrarelativistlike impulsside kujud ülisuure kontrastsusega kordussageduse vahemikus mõnest hertsist kilohertsini.

ELI-ALPSi lisaülesanne on aidata koos teise ELI rajatisega arendada suure tippvõimsuse ja keskmise võimsusega laserite tehnoloogiat, eeskätt atosekunditeaduse ja sellega seotud rakenduste tarbeks. Arvestades, et samas rajatises on võimalik tekitada atosekundilisi impulsse ning kasutada tehnika tasemele vastavaid lasereid, sealhulgas vähemalt 1 PW võimsusega lasereid, annab see ainulaadse võimaluse teha aeglahutusega uuringuid, et uurida valguse mitterelativistlikku ja relativistlikku vastastikmõju ainega selle neljas olekus.

Rajatise ELI-ALPS puhul on eesmärk soodustada ülekanduva mõju abil eeskätt tööstuslike rakenduste arendust, võttes ühtlasi arvesse võimalikku tugevat mõju ümbritsevale territooriumile, kuhu rajatakse ulatuslik teaduspark.

Tabel 2

ELI-ALPSi laserallikate vahe-eesmärgid

LASERALLIKATE KÄTTESAADAVUS ELI-ALPSIS KASUTUSELEVÕTU ALGUSAEG KASUTAJATE JUURDEPÄÄS HR1 10.2017 Kättesaadav (0,8 mJ, < 1,9 tsüklit) 11.2021 (kõik tehnilised kirjeldused) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 Kättesaadav MIR HE – KAVANDATAV UUENDUS 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 Kättesaadav SYLOS3 – KAVANDATAV UUENDUS 10.2022 1.2023 SYLOS, KATSE VASTAVUSSE VIIMINE 12.2018 Kättesaadav HF PW 5.2018 10.2021 THZ PUMP 1.2021 3.2021

4.2. Katsejaamad

Joonis 2

ELI-ALPSi katsejaamade üldplaan

ELI-ALPSis on võimalik kasutada arvukaid tehnika tasemele vastavaid ülilühikesi suure intensiivsusega laserimpulsse koos uuenduslike sekundaarsete allikatega ning kasutajatele ette nähtud kõrgtasemel lõppjaamasid, mis moodustavad erakordse keskkonna fundamentaal- ja rakendusteaduslikeks uuringuteks. On teatavad valdkonnad, kus ELI-ALPS on juba algusest peale üleilmsel juhtpositsioonil:

— valentselektronide ja sisekihi elektronide teadus – atosekundiliste impulsside vastastikmõju abil on võimalik eraldiseisvalt vaadelda ja kontrollida sisekihi ja valentselektronide dünaamikat väikestes süsteemides;

— ülikiire struktuuridünaamika ja korrelatsiooniefektide visualiseerimine – ülilühikeste impulsside ja lühikese lainepikkusega valguse allikate kombineerimine võimaldab visualiseerida laengudünaamikat komplekssetes ja (tugevalt) korreleeritud süsteemides;

— ülikiire dünaamika pindadel ja tahkistes – tehnika tipptaset ületavad suure kordussageduse ja atosekundilise impulsiga allikad koos kõrgtasemel NanoEsca lõppjaamaga pakuvad ainulaadseid võimalusi pinna- ja tahkisefüüsika uurimiseks;

— plasma atosekundteadus – kõrgtasemel ruumilise ja ajalise kontrastsusega relativistlike mõnetsükliliste impulsside või PW-impulsside abil saab uurida, optimeerida ja rakendada vähem kui ühe tsükliga emissiooniprotsesse, et uurida relativistlikku pinnadünaamikat, relativistlike impulsside kuju muutmist, radiobioloogiat jne;

— terahertskiirguse uurimine – kättesaadavaks tehakse suure intensiivsuse ja ülilühikese impulsiga terahertsvalguse allikad, mille elektrivälja tipptugevus on enneolematult suur (kuni 5 MV/cm) ja impulsienergia 1 mJ (sagedusriba 0,1–2 THz).

Tänu sellele, et ELIs on võimalik kasutada ainulaadset kombinatsiooni suure kordussagedusega kiirgusallikatest kogu elektromagnetilise spektri ulatuses alates röntgenikiirgusest kuni kauginfrapunakiirguse ja terahertskiirguseni, on kõnealune rajatis ülimalt atraktiivne rakenduslike komplekssüsteemide uurimiseks. Rakendusuuringute valdkonnad on muu hulgas uudsed atosekundallikad, uued osakeste allikad, nanotehnoloogia, kultuuripärand, bioloogiline kuvamine ja biomeditsiinilised rakendused, nagu kõrgtasemel faasikontrasttomograafia ja mitmemõõtmeline spektroskoopia.

Tabel 3

ELI-ALPSi sekundaarsete allikate vahe-eesmärgid

ELI ALPSI SEKUNDAARSED ALLIKAD KASUTUSELEVÕTU ALGUSAEG KASUTAJATE JUURDEPÄÄS 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 – KAVANDATAV UUENDUS 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 – KAVANDATAV UUENDUS (HTA) 1.2023 4.2023 ION BEAMLINE – VÕIMALIK UUENDUS 9.2023 12.2024





Tabel 4

ELI-ALPSi katsejaamade vahe-eesmärgid

ELI-ALPSI KATSEJAAM KASUTUSELEVÕTU ALGUSAEG KASUTAJATE JUURDEPÄÄS REAKTSIOONIMIKROSKOOP 6.2021 9.2021 VMI-SPEKRTROMEETRI LÕPPJAAM 8.2020 10.2020 TAHKISTE JAAM (NANOESCA) 12.2019 6.2020 (autonoomne) 7.2021 (atosekundilise lahutusvõimega) MAGNETPUDEL-SPEKTROMEETER 4.2021 12.2021 NANOTEADUS JA -FORMEERIMINE 6.2018 12.2019 BEETATRON-KUVAMINE – KAVANDATAV UUENDUS 4.2023 12.2023 KEEMILISTE REAKTSIOONIDE KONTROLLJAAM 6.2020 8.2020 VEDELIKUJOA LÕPPJAAM 4.2022 8.2022 MITMEMÕÕTMELINE SPEKTROSKOOPIA (FEMTOBIOLOOGIA) – KAVANDATAV UUENDUS 8.2021 12.2021 TUGEVA VÄLJA FÜÜSIKA JAAM (PW SIHTALA) 12.2022 2.2023 RADIOBIOLOOGIA/BIOMEDITSIIN 8.2018 2.2020

Eespool tabelis on loetletud jaamad, mis tehakse ELI ERICu kasutajate juurdepääsu põhimõtete alusel eeldatavalt kättesaadavaks lähiaastatel. Tegemist on ELI-ALPSi ja Ungari kui vastuvõtva riigi keskse tähtsusega tehniliste vahe-eesmärkidega ELI ERICu puhul. Arvatavalt tehakse need jaamad kättesaadavaks eri aegadel. Kui lõplik katsejaam on kasutajate juurdepääsuks avatud, loetakse, et see on püsiseisundis käitamise etapis. Peale selle on eespool tabelis osutatud rajatise kavandatavatele uuendustele, mis sõltuvad ELI ERICu tegevuse edasisest läbivaatamisest ja kaalutlustest.

Ajal, mil primaarseid laser- ja kiirendiallikaid hakatakse kasutusele võtma, aitavad varajase etapi kasutajarühmad neid täiendavalt kirjeldada ja lõpule viia katsejaamade ehitustööd. Need tegevused algatatakse ja neid hallatakse vahetult ELI-ALPSi kaudu. Kuna esimesi lasereid (MIR, HR1) hakati käitama 2017. aasta lõpus, on esimesed kasutuselevõttu toetavad rahvusvahelised kasutajarühmad (Kreeka teadusuuringute ja tehnoloogia sihtasutus, ETH Zürich, CEA (Prantsusmaa), Jeruusalemma Heebrea Ülikool, Freiburgi ülikool, Aarhusi ülikool, Université de Limoges, Max-Plancki kvantoptika instituut (Garching, Saksamaa), Jena Friedrich Schilleri ülikool, Gwangju teadus- ja tehnikainstituut (Lõuna-Korea), Wigneri uurimisinstituut (Ungari)) juba saanud juurdepääsu, et toetada kasutuselevõttu.

Vastavalt sellele, kuidas katsejaamad toimiva primaarallika ja/või sekundaarallika toel tavakasutusse võetakse, saab käivitada kasutajate juurdepääsu programmi ning ELI ERIC saab hakata vastu võtma taotlusi nende jaamade kasutamiseks.

Iga katsejaama kinnitamist ja vastuvõtmist jälgitakse ning nende käitamisega seotud vastuvõetavust hindab sõltumatutest ekspertidest, ELI-ALPSi ekspertidest ja teise ELI rajatise ekspertidest koosnev ametlik komisjon, kes kinnitab katsejaamade kasutusvalmiduse kasutajate jaoks ning esitab ametliku soovituse ISTACile ja ELI ERICu üldkogule.

4.3. Kasutajate juurdepääs ja töörežiimid

Juurdepääsukord on samalaadne korraga, mida kohaldatakse teistele võimsatele laseritele ja juhtivatele teadusrajatistele juurdepääsu suhtes. Katseid on võimalik teha eeldatavalt päevade ja mõnel juhul nädalate vältel. Rajatise puhul on üldeesmärk tagada kättesaadavus [220 päeval aastas ja 8 tundi päevas] 1 760 tunni jooksul aastas.

4.4. Käitamisega seotud ning ELI ERICu ja ELI-ALPSi vahelise töösuhtega seotud küsimused

Ehkki ELI ERIC on volitatud haldama juurdepääsu rajatisele ELI-ALPS, kui see kättesaadavaks tehakse, kuulub rajatis ise mittetulundusühendusele ELI-HU Non-Profit Ltd (ELI-HU), kes seda algusetapis vahetult haldab. Tegemist on teadusorganisatsiooniga teadus-ja arendustegevuseks antava riigiabi eeskirjade tähenduses.

Lisaks eespool loetletud olulistele tehnilistele ja teaduslikele vahe-eesmärkidele on kehtestatud ka organisatsioonilised vahe-eesmärgid, mis on seotud ELI-ALPSi üldise integreerimisega ELI ERICu raamistikku. Need organisatsioonilised vahe-eesmärgid on loetletud alljärgnevas tabelis.

Tabel 5

ELI-ALPSi prognoositavad organisatsioonilise ülemineku vahe-eesmärgid

ELI-ALPSI INTEGREERITUD ORGANISATSIOONI MUDEL 2020 2021 2022 JUHTIMINE X X X TEADUSPÕHIMÕTTED X X X KASUTAJATE JUURDEPÄÄS — X X EELARVE — X X TÖÖHÕIVEPÕHIMÕTTED — — X TEHNOLOOGIAHALDUS — — X RAJATISEHALDUS — — X JURIIDILISED JA VASTUTUSEGA SEOTUD KÜSIMUSED — X X HALDUSKÜSIMUSED — X X

ELI-ALPSi korral antakse tegevus ELI ERICule üle vähemalt kahe aasta jooksul, kusjuures osa tegevusest antakse üle perioodi lõpus. Katsejaamade tehnilisi vahe-eesmärke arvesse võttes saab kindlaks määrata üldise üleminekukava.

Alljärgnevas tabelis on loetletud kasutajate juurdepääsuga seotud hinnangulised kulud, mis on vajalikud selleks, et ELI ERIC saaks käitada rajatist ELI-ALPS ajavahemikul 2020–2021 ehk üleminekuperioodil. Üleminekuperiood on ajavahemik, mil ELI ERIC võtab ELI-HU-lt eeldatavalt üle vastutuse tööülesannete, ressursside ja varade eest.

Tabel 6

Hinnangulised juurdepääsuga seotud kulud ELI-ALPSi puhul

eurodes ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Otsesed personalikulud 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Otsesed riistvarakulud 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Personali- ja riistvarakulud 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Personali- ja riistvarakulude osakaal kogukuludest 27 % 37 % 42 % 42 % Kaudsed kulud 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 ELI-ALPSi kulud kokku 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI-BL

Tšehhi Vabariigis Praha lähedal Dolní Břežanys asuvas rajatises ELI-Beamlines (ELI-BL) saavad eri valdkondade kasutajad teha arvukaid katseid mitmesuguste kiirekanalitega. See on projekteeritud eesmärgiga pakkuda suure energia ja kordussageduse võimekust. Tegemist on hoonestamata alale ehitatud ühes kohas asuva rajatisega, mille pindala on enam kui 30 000 m2 ning kasutajatoe töötajate arv on eeldatavalt ligikaudu 200–300.

Rajatise omanik ja haldaja on Tšehhi Vabariigi teadusakadeemia füüsikainstituut, kellel on Tšehhi Vabariigis täielik autonoomia ja juriidilise isiku staatus avalik-õigusliku uurimisinstituudina.

5.1. Tehniline struktuur ja allikad

Tabel 7

ELI-BLi laserallikate võimsuse prognoositavad parameetrid

PRIMAARSED LASERALLIKAD Tippvõimsus Impulsienergia Impulsi kestus Kordussagedus ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, kahevärviline 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 impulss minutis L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 impulss minutis L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs kuni 150 ps 1 impulss minutis Astrella 6 ja 10 mJ 20 fs 1 kHz Bio-laser 6 mJ, stabiliseeritud CEP 20 fs 1 kHz





Tabel 8

ELI-BLi kiirekanalitele juurdepääsu vahe-eesmärkide tähtajad

ELI-BLI LASERALLIKAD KASUTUSELEVÕTU ALGUSAEG KASUTAJATE JUURDEPÄÄS 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

Suurt rõhku asetatakse võimalikele rakendustele mitmesugustes ühiskonna seisukohast olulistes valdkondades, nagu meditsiin või bioloogia. ELI-BL koos sellega ühendatud HiLASE keskusega (mille omanik ja haldaja on samuti Tšehhi Vabariigi teadusakadeemia füüsikainstituut), mis on suunatud laseritehnoloogia arendusele ja siirdele ning juba tõmbab ligi eri valdkondades tegutsevaid äriühinguid ja võrsefirmasid rajatist ELI-BL ümbritsevast teaduspargist (Science and Technology Advanced Region, STAR), loob soodsa keskkonna teadusringkonna ja tööstuse koostööks.

5.2. Katsejaamad

Joonis 3

ELI-BLi katsejaamade üldplaan

Ülilühikesed ja -intensiivsed valguse ja osakeste impulsid, mida on võimalik tekitada tahkes ja gaasilises olekus sihtmaterjalidega vastastikmõju abil, võimaldavad ellu viia mitmesuguseid fundamentaal- ja rakendusteaduslikke projekte keemia, bioloogia ja meditsiinitehnoloogia valdkonnas, uute materjalide väljatöötamisel ning ka muudes valdkondades. Rajatise ELI-BL teadustegevus toimub kuues katsesaalis.

Tabel 9

ELI-BLi sekundaarsed allikad / kiirekanalid ja nende vahe-eesmärgid

ELI-BLI SEKUNDAARSED ALLIKAD ALLIKAS KASUTUSELEVÕTU ALGUSAEG KASUTAJATE JUURDEPÄÄS E1: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD HHG 2.2018 1.2019 E1: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD PXS 3.2018 4.2019 E2: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD Beetatron 6.2019 11.2019 E2: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD – RAHASTATUD UUENDUS Compton 1.2020 12.2020 E5: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD (LASERUNDULAATORID) LUIS 3.2019 6.2020 E4: IOONIDE KIIRENDI ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: ELEKTRONIDE KIIRENDI HELL 1.2019 3.2020





Tabel 10

ELI-BLi katsejaamad ja nende vahe-eesmärgid

ELI-BLI KATSEJAAMAD JAAM KASUTUSELEVÕTU ALGUSAEG KASUTAJATE JUURDEPÄÄS E1: MATERJALITEADUSE JA BIOMOLEKULAARSED RAKENDUSED MAC 4.2018 1.2019 E1: MATERJALITEADUSE JA BIOMOLEKULAARSED RAKENDUSED Trex 6.2018 5.2019 E1: MATERJALITEADUSE JA BIOMOLEKULAARSED RAKENDUSED SRS 6.2018 3.2019 E1: MATERJALITEADUSE JA BIOMOLEKULAARSED RAKENDUSED ELIps 9.2018 3.2019 E2: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD – RAHASTATUD UUENDUS Comptoni jaam 7.2021 7.2022 E5: RÖNTGENIKIIRGUSE ALLIKAD (LASERUNDULAATORID) LUIS-jaam 3.2019 6.2021 E3: PLASMAFÜÜSIKAPLATVORM P3 9.2018 10.2020 E4: IOONIDE KIIRENDAMINE ELIMED 11.2018 1.2021 E5: ELEKTRONIDE KIIRENDAMINE ELBA-jaam 1.2019 7.2021

Katsehallis E1 on laserjuhitavad sekundaarallikad ja lõpp-katsejaamad molekulaarbioloogia, biomeditsiini ja materjaliteaduse rakendusteks. Katsetes tekitatakse sünkroonitud laserfootonkiiri vaakumultraviolettkiirguse (VUV) ja tugeva röntgenikiirguse piirkonnas (kõrgharmoonilise generatsiooni allikas (HHG) – kilohertsise kordussagedusega allikas, mis emiteerib ülilühikesi EUV impulsse koherentse, vähehajuva kiirena, ning plasma röntgenikiirguse allikas (PXS), mis emiteerib femtosekundilisi röntgenikiirguse impulsse spektrivahemikus 4–30 keV).

Muu hulgas kasutatakse järgmisi seadmeid:

— MAC: mitmeotstarbeline kamber aatomi- ja molekulaarfüüsika ning optikauuringuteks ja koherentseks difraktsioonkuvamiseks (Coherent Diffractive Imaging);

— ELIps: VUV ellipsomeeter katseteks impulsi kestusega alla 1 ps; VUV ja nõrga röntgenikiirguse materjaliteaduse lõppjaam;

— tugeva röntgenikiirguse lõppjaam: mooduljaam aeglahutusega katseteks ( Time Resolved Experiments), nt hajumine, difraktsioon, spektroskoopia ja kuvamine röntgenikiirgusega;

— optilised sondid ja ergastikiired: kõrgtasemel katsejaam optilise spektroskoopia jaoks, sh Raman-hajumise simulatsioon; allikas sünkroniseeritud ergastikiirte massiivi (ultraviolettkiirgusest infrapunakiirguseni, THz) jaoks.

Katsehallis E2 on võimalik tekitada ülikiireid ja -heledaid tugevaid röntgenikiiri. Kättesaadavaks tehakse vähemalt 1 PW võimsusega ja 10 Hz kordussagedusega laser. Mitmesuguseid parameetreid on võimalik kohandada, sealhulgas laseri intensiivsus, laseri punkti läbimõõt ja impulsi kestus ning elektrontihedus aine gaasilises olekus. Elektrone kiirendatakse relativistliku energiani kas plasma abil (beetatron) või sekundaarse laserimpulsiga (Comptoni efekti allikas). Mikronisuurune allikas tekitab intensiivseid femtosekundilisi röntgeni- või gammakiiri. Kasutajatel on võimalik kasutada kitsa spektriga (energia muutus 10 %) või lairibakiirgust spektrivahemikus 1 keV kuni mõni MeV.

Katsehallis E3 paiknev plasmafüüsikaplatvorm kujutab endast mitmeotstarbelist katsetaristut, mis on ette nähtud laseri ja plasma ning laseri ja aine vastastikmõju uurimiseks eeskätt järgmistes valdkondades:

— suure energiatiheduse füüsika;

— soe tiheaine;

— plasmaoptika;

— laboratoorne astrofüüsika;

— üliintensiivne vastastikmõju.

Katsehallis E4 saavad kasutajad ioonkiirte transpordi ja dosimeetria sektsioonis katsetada mitmesuguseid proove laseriga kiirendatud ioonide allikate abil, samuti saab paindlikult kohandatavas vastastikmõju kambris uurida innovatiivseid laserjuhitava ioonide kiirendamise süsteeme. Kiirekanal ELIMAIA võimaldab kasutajatel uurida multidistsiplinaarseid rakendusi laserjuhitavate ioonkiirte abil, näiteks rakendusi in vitro kiirgusbioloogia uurimiseks ja prekliinilisteks uuringuteks ELIMEDi projekti raames tehtavas rahvusvahelises koostöös.

Katsehallis E5 paikneb kiirekanal LUIS ning see on ette nähtud kasutajatele, kes soovivad katsetada eri proovide kiiritust uudseima tehnika abil. Seal asub ka ELBA-platvorm – paindlik katseala, kus on võimalik katsetada innovatiivseid kontseptsioone ning kasutada uudseimat tehnoloogiat, et kiirendada elektrone laserite abil mitme GeV suuruse energiani.

Eespool tabelis on rajatise ELI-BL algse tegevusulatuse kõrval osutatud rajatise suutlikkuse suurendamiseks ette nähtud arendustele ja uuendustele, mida on juba rahastatud sihtotstarbeliste projektide ADONIS, HIFI ja ELIBIO kaudu; ELI ERIC vaatab need arendused ja uuendused hilisemas etapis läbi ja arutab neid.

Iga katsejaama kinnitamist ja vastuvõtmist jälgitakse ning nende käitamisega seotud vastuvõetavust hindab sõltumatutest ekspertidest, ELI-BLi ekspertidest ja teise ELI rajatise ekspertidest koosnev ametlik komisjon, kes kinnitab katsejaamade kasutusvalmiduse kasutajate jaoks ning esitab ametliku soovituse ISTACile ja ELI ERICu üldkogule.

5.3. Kasutajate juurdepääs ja töörežiimid

Juurdepääsukord on samalaadne korraga, mida kohaldatakse teistele võimsatele laseritele ja juhtivatele teadusrajatistele juurdepääsu suhtes. Katseid on võimalik teha eeldatavalt päevade ja mõnel juhul nädalate vältel. Rajatise puhul on üldeesmärk tagada kättesaadavus [220 päeval aastas ja 8 tundi päevas] 1 760 tunni jooksul aastas.

5.4. Käitamisega seotud ning ELI ERICu ja ELI-BLi vahelise töösuhtega seotud küsimused

Ehkki ELI ERIC on volitatud haldama juurdepääsu rajatisele ELI-BL, kui see kättesaadavaks tehakse, kuulub rajatis ise Tšehhi Vabariigi teadusakadeemia füüsikainstituudile (kellel on Tšehhi Vabariigis täielik autonoomia ja juriidilise isiku staatus), kes seda algusetapis vahetult haldab. Tegemist on teadus-ja arendustegevuseks antava riigiabi küsimustega tegeleva teadusorganisatsiooniga.

Lisaks eespool loetletud olulistele tehnilistele ja teaduslikele vahe-eesmärkidele on kehtestatud ka organisatsioonilised vahe-eesmärgid, mis on seotud ELI-BLi üldise integreerimisega ELI ERICu raamistikku. Need organisatsioonilised vahe-eesmärgid on loetletud alljärgnevas tabelis ning neid kirjeldatakse täpsemalt liites „Juhtimistoimingute mudel“.

Tabel 11

ELI-BLi prognoositavad organisatsioonilise ülemineku vahe-eesmärgid

ELI-BLI INTEGREERITUD MUDEL 2020 2021 2022 JUHTIMINE X X X TEADUSPÕHIMÕTTED X X X KASUTAJATE JUURDEPÄÄS — X X EELARVE — X X TÖÖHÕIVEPÕHIMÕTTED — — X TEHNOLOOGIAHALDUS — — X RAJATISEHALDUS — — X JURIIDILISED JA VASTUTUSEGA SEOTUD KÜSIMUSED — X X HALDUSKÜSIMUSED — X X

Tšehhi Vabariik võtab kohustuse teha ELI-BL täies mahus kättesaadavaks ELI ERICule.

Alljärgnevas tabelis on loetletud kasutajate juurdepääsuga seotud hinnangulised kulud, mis on vajalikud selleks, et ELI ERIC saaks käitada rajatist ELI-BL ajavahemikul 2020–2021 ehk üleminekuperioodil. Üleminekuperiood on ajavahemik, mil ELI ERIC võtab Tšehhi Vabariigi teadusakadeemia füüsikainstituudilt eeldatavalt üle vastutuse tööülesannete, ressursside ja varade eest.

Tabel 12

Hinnangulised juurdepääsuga seotud kulud ELI-BLi puhul

eurodes ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Otsesed personalikulud 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Otsesed riistvarakulud 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Personali- ja riistvarakulud 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Personali- ja riistvarakulude osakaal kogukuludest 51 % 52 % 53 % 53 % Kaudsed kulud 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 ELI-BLi kulud kokku 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. HINNANGULISED KULUD

Selleks et määrata kindlaks pikaajalise jätkusuutlikkuse saavutamiseks vajalikud tingimused, tuleb välja selgitada kulud ja võimalikud rahastamisallikad. Nagu on ette nähtud ELI ERICu põhikirjaga, määratakse ELI rajatiste kasutamise üldpõhimõtted kindlaks üldkogus kokku lepitavate eraldiseisvate põhimõtetena ning II lisas on esitatud tegevuskuludeks ettenähtud sissemaksete jaotus liikmete vahel. Sellega luuakse ühtlasi ennetavalt tingimused selleks, et vältida olukorda, kus pikema aja jooksul valitseb märkimisväärne ebakõla iga liikme rahaliste/mitterahaliste sissemaksete ja rajatiste kasutamise vahel.

Sellest tulenevalt saab kulud kindlaks määrata alljärgnevatesse kategooriatesse jaotatuna:

1) ehitus – kapitaliinvesteeringutega seotud kulud enne käitamist;

2) käitamine – tegevuskulud, mis kaasnevad juurdepääsu andmisega vastastikuste eksperdihinnangute alusel;

3) edasised uuendused – uued investeeringud, mida on vaja tehniliste kirjelduste ja olemasolevate seadmete täiustamiseks vastavalt konkurentsitingimustele ja kasutajate vajadustele.

Alljärgnevas tekstis käsitletakse 1. (ehitus) ja 2. kategooriaga (käitamine) seotud küsimusi.

6.1. Ehitus

Nagu nähtub tabelist 13, on ELI rajatistesse tehtavad investeeringud (ehituskulud) ehitusperioodil kokku ligikaudu 556 miljonit eurot.

Tabel 13

ELI rajatiste ehitusega seotud kulud

tuhandetes eurodes KULUARTIKKEL ELI-BL ELI-ALPS ELI HOONE + MAA-ALA 94 643 88 705 183 348 TEHNOLOOGIA 181 876 105 435 287 311 TEENUSED 7 601 9 788 17 389 PERSONAL 41 206 27 484 68 690 KOKKU 325 326 231 412 556 738

Kõik need kulud katavad vastuvõtvad riigid Euroopa struktuuri- ja investeerimisfondide vahendite ning riikliku rahastamise abil projektide raames, mille kiitsid heaks ja mille elluviimist jälgivad korraldusasutused. Investeeringutest on ligikaudu 25 % suunatud hoonetesse, 65 % tehnoloogiasse ning 10 % personali ja teenustesse. Neid kulusid ELI ERICu raames ei hüvitata ning neid ei arvestata ELI ERICu tegevuskulude hulka. Alginvesteeringuteks või ehituskulude katmiseks ei kasutata sissemakseid, mis on ette nähtud üksnes esmaseks ja püsiseisundis käitamiseks ning uuendusteks.

6.2. Käitamine

Vastuvõtvate liikmete võetud siduvate kohustuste alusel saavad ülejäänud, muud kui vastuvõtvad liikmed kindlaks määrata järkjärgulise lähenemisviisi edasiste siduvate kohustuste võtmiseks, et tagada liikmete sissemaksete abil ELI ERICu pikaajalisem jätkusuutlikkus.

Tabel 14

ELI ERICu hinnangulised tegevuskulud seoses ELI rajatiste käitamisega

eurodes ELI ERICu tegevuskulud 2020 2021 2022 2023 2024 Otsesed personalikulud 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Otsesed riistvarakulud 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Kaudsed kulud 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 ELI rajatiste kulud kokku 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 ELI ERICu asukoht 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 ELI ERICu kulud kokku 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Muude kui vastuvõtvate liikmete ühinemine esmase käitamise perioodil võimaldab sissemaksete mahtu pärast ELI ERICu asutamist järk-järgult suurendada ning määrata peagi pärast asutamist kindlaks nende sissemaksete lõpliku suuruse ja vastavad siduvad kohustused. Varajases etapis ühinemine võimaldab tulevastel liikmetel osaleda ELI rajatiste käitamise põhieeskirjade kehtestamisel ning seejuures suurendada finantskohustuste mahtu algetapis.

Eespool on esitatud ELI ERICu prognoositavad tegevuskulud, mida korrigeeritakse vastavalt kehtivate vahe-eesmärkide saavutamisele. Tõenäoliselt kajastavad need esmase käitamise perioodil kasutajate juurdepääsuga seotud kulude ülemist hinnangulist väärtust olenevalt sellest, kas vahe-eesmärgid saavutatakse. Hinnangulised kulud tuleb kindlaks määrata aastapõhiselt kogu esmase käitamise perioodiks ning neid tuleb sel perioodil jälgida.

6.3. Edasised uuendused

ELI ERICu tegevuskuludes ei ole arvesse võetud laserisüsteemide ja rajatiste edasisi uuendusi. Need hõlmavad jooksvaid, sealhulgas varuosade ja hooldusega seotud kulusid.

Uudsed laserisüsteemid arenevad kiiresti ning on üldtuntud tõsiasi, et konkurentsivõime säilitamiseks tuleb tagada pidev areng. Sel eesmärgil pakub ELI ERICu juhtkond välja konkreetsed uuenduste projektid ning nende projektidega tehtavaid võimalikke arendusi ja seotud kulusid analüüsitakse viie ja kümne aasta lõikes. Uuendusteks vajalike kapitaliinvesteeringute ja rahastamisallikate leidmiseks korraldatakse sihtotstarbelised kampaaniad.

7. ARENG JA EESMÄRGID

Projekti „Extreme Light Infrastructure“ ERIC on oluline edasiminek nii Euroopa laseriteadusringkonna kui ka laiema Euroopa teadusruumi seisukohast. Laseritehnoloogia on väljakujunenud, ent ühtaegu kiiresti arenev valdkond. Mida rohkem valdkond areneb, seda suurem on selle tähtsus teaduslike rakenduste jaoks. Samuti on see juba äärmiselt oluline Euroopa konkurentsivõime seisukohast.

Projekti „Extreme Light Infrastructure“ ERIC tagab ulatusliku kasu ühiskonnale, näiteks aitab täiustada kliinilist vähiravi, biomeditsiinilist kuvamist ning tuumamaterjali ja jäätmetöötlust. Peale selle toetab ELI ERIC Euroopa fotoonikatööstust ning pakub õppe- ja koolitusvõimalusi fotoonikaga tegelevatele ja laseritehnoloogiat rakendavate uurimisvaldkondade uutele teadlastele ja inseneridele.

Projekti „Extreme Light Infrastructure“ ERIC on keskse tähtsusega üleeuroopaliste algatuste seisukohast, et säilitada konkurentsivõime võimsate lühiimpulss-laserite süsteemide äärmiselt strateegilises valdkonnas ning sellest sõltuvates teadus- ja innovatsioonivaldkondades. Laseritehnoloogia järsk arengukõver näitab, et selle abil on võimalik olemasolevaid suuremahulisi teadus- ja tööstusplatvorme keskpikas ja pikaajalises perspektiivis oluliselt ümber kujundada. Enne seda peab ELI ERIC aga tõestama suutlikkust jätkusuutlikult tegutseda.

7.1. Laseriteaduse ja -tehnoloogia areng

Euroopa on haaranud Aasialt ja Põhja-Ameerikalt juhtpositsiooni võimsate laserite rajatiste ja teaduskeskuste valdkonnas. On selge, et valdkond koondub olulisel määral Euroopasse tänu peamiselt mitmesuguste instituutide ja riikide eneseregulatsioonile Euroopa Liidu programmide raames, mille abil on valdkonda kümnendite jooksul toetatud ja antud sellele strateegiline mõõde.

Tänu võimsate laserisüsteemide valdkonna teaduslikele edusammudele ja teadlaste innukusele on rajatiste arv Euroopas viimase aastakümne jooksul suurenenud. Ehkki seda arengut soodustavad mitmesugused tegurid, on see selgelt kulgenud paralleelselt riiklike laserilaborite arvu suurenemisega Euroopa Komisjoni rahastatavas Euroopa võrgustikus Laserlab Europe (www.laserlab-europe.net). Võrgustiku veebisaidi kohaselt kuulub konsortsiumi nüüdseks 33 juhtivat teadusharudevaheliste laseripõhiste teadusuuringutega tegelevat organisatsiooni 16 riigist. Nendest rajatistest 22 pakub oma laboritele juurdepääsu teadusuuringuteks nii Euroopas kui ka mujal.

Joonis 4

Vähemalt 1 PW võimsusega laserite rajatised üle maailma (ülivõimsate laserite rahvusvahelise komitee (ICUIL) koostatud kaart 2016. aasta seisuga)

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

Võrgustiku Laserlab Europe kiire edu võimaldab ELI ERICul Euroopa laseriteadusringkonda veelgi arendada. Samavõrd oluline on see, et ELI ERIC pakub uusi tehnilisi võimalusi ning tõmbab tähelepanu muudest teadusvaldkondadest. ELI ERICu oskusteave, teadmised ja kontseptsioonitõendused kujundati välja riiklike laseripõhiste laborite saavutatud edule tuginedes. Kasutajaskond on laienenud ja arenenud ning tehtud on märkimisväärseid investeeringuid, millega on toetatud ka Euroopa äriühingute arengut ELI ERICu loomiseks ja muude vähemalt 1 PW võimsusega rajatiste rajamiseks. Kogukonna pidev koostöö on keskse tähtsusega selleks, et säilitada Euroopa konkurentsivõime ja juhtpositsioon selles valdkonnas.

Tänu CPA-tehnoloogia ja hilisema OPCPA-tehnoloogia (optiline parameetriline CPA) avastamisele, mida ELI süsteemides kasutatakse, on laserimpulsi tippvõimsust suurendatud 6–8 suurusjärgu võrra. See tähendab, et tippvõimsus on 4 suurusjärgu võrra suurem võimsusest, mille juures elektroni ponderomotoorne energia võrdub elektroni seisuenergiaga (ehk energiatihedus on 1 018 W/cm2). See rajab teed laseri ja plasma relativistliku vastastikmõju ja aatomisisese skaala, sealhulgas tuuma- ja osakestefüüsika uurimisele. ELI ERICu edasised uuendused võivad reaalselt konkureerida maailma võimsaimate kiirenditega – ent seejuures märksa väiksemate kulude ja traditsioonilisemate meetoditega – sihtotstarbelistes rakendustes, mille puhul on vaja suuri kiirendusgradiente, näiteks kasvajate kiiritusravi haiglakeskkonnas, kus on keskse tähtsusega ruumikasutus ja kulud.

Tehnoloogiaarenduses keskendub ELI ERIC peamiselt ELI ja võrgustiku Laserlab juhtpartnerite kindlakstehtud olulistele koostöövaldkondadele. Vähemalt 1 PW võimsusega süsteemide ja rajatiste usaldusväärse ja kulutasuva käitamisega seotud peamisi kitsaskohti arutatakse tööstusharuga, et leida sobivad lahendused. Sellel on positiivne mõju asjaomase valdkonna Euroopa tööstusharule, Euroopa teadusruumile ja võrgustiku Laserlab praegustele partneritele, ent samal ajal tagab see ELI rajatiste jätkusuutliku käitamise kõrgtasemel usaldusväärsusega.

Joonis 5

Kasutusele võetud (võetavate) vähemalt 1 PW võimsusega laserisüsteemide arv aastate lõikes ja vastavalt kontinendile (*2)

Füüsika on selge ning järgmine etapp on tehnoloogiaarendus. ELI raames töötatakse koos tööstusharu ja teiste juhtivate teaduskeskustega välja hulk progressi võimaldavaid tehnoloogiaid, eeskätt järgmise põlvkonna optikakomponendid.

7.2. ELI ERICu organisatsioonilised eesmärgid

7.2.1. Käitamise alustamine

ELI ERICu koondatavad ressursid ja jõupingutused avaldavad ulatuslikku pikaajalist mõju valdkonna teadustegevusele ja tehnoloogiaarendusele. Esimene eesmärk on aga praktiline ja kohaliku ulatusega – luua kahe rajatise juhtimissüsteemid ja need ühendada ning integreerida tõhusalt ressursid.

Kooskõlas määrusega (EÜ) nr 723/2009 on ELI ERIC ühes kohas asuv teadustaristu, millel on lisaks põhiasukohale mitu tegevuskohta vastuvõtvates liikmesriikides. Ehkki olemas on teisi, mitme tegevuskohaga teadusorganisatsioone, on väga vähe selliseid struktuurifondidest rahastatud Euroopa projekte, mis on küll rajatud eri riikides asuvatele hoonestamata aladele, kuid moodustavad ühe teadustaristu. Samuti ei ole suuri laseripõhiseid rajatisi, mis oleksid avatud väliskasutajatele. Enne laiemate huvide käsitlemist peab ELI ERIC need rajatised üleminekuetapi käigus kasutusele võtma, mis on keeruline ülesanne nii tehnilisest kui ka juhtimisega seotud vaatenurgast.

7.2.2. Koostöö loomine

Teine eesmärk on teha kindlaks võimalused, kuidas saavutada Euroopa juhtivate võimsate lühiimpulss-laserite keskuste tehniline koostoime. Vähemalt 1 PW võimsusega lasereid on varem olnud keeruline kasutuskeskkonnas käitada, võttes arvesse usaldusväärsusega seotud probleeme ja komponentide asendamise kulukust. Ainuüksi ELI rajatiste võimsus on tulevikus ühtekokku enam kui 30 PW.

Koos partneritega Prantsusmaa, Saksamaa, Hispaania, Ühendkuningriigi ja Itaalia rajatistest (kõik need keskused kuuluvad võrgustikku Laserlab Europe) loob ELI ERIC ajalooliselt suurima kõrgtehnoloogiliste võimsate lühiimpulss-laserite rajatiste koondtaristu. Arvestades, et eesmärk on luua enneolematu ulatusega koostöö ning teha seeläbi kindlaks vähemalt 1 PW võimsusega laserite käitamist takistavad komponendid ja protsessid, asjaomased lahendused ja standardne töökord, ei ole kõnealust ettevõtmist võimalik realistlikult millegagi võrrelda.

Prognooside kohaselt võimaldab rajatistevaheline koostöö ja koostöö tööstusharuga vähendada tegevuskulusid mõnel juhul kuni 30 % ning tagada, et kasutajatele oleks kättesaadav kuni 90 % kiirekanalite kasutusajast. See annab võimaluse saavutada ainulaadse mastaabi- ja mitmekülgsussäästu, mis omakorda ajendab olulist tehnoloogia arengut lühikese aja jooksul. Need edusammud avaldavad mõju laseritööstusele kogu maailmas.

7.2.3. Maine loomine

Kolmas eesmärk on teadusprogrammi varajases käitamisetapis teaduslikult tõestada ELI ERICu süsteemide toimivust ja potentsiaali. ELI rajatiste puhul on eesmärk teiste partnerrajatistega seotud kogemuste toel tagada, et 2021. aastal oleks kasutajatele kättesaadav 80 % prognoositavast kasutusajast ning et 90 % primaarsetest laserisüsteemidest (suure või keskmise kordussagedusega laserid) oleks käituses.

Võrdluseks – kui praegusele tehnika tasemele vastavate vähemalt 1 PW võimsusega laserite kordussagedus on mõni impulss tunnis, siis ELI ERICu ja teatavate partnerrajatiste puhul on eesmärk tagada kordussagedus, mis jääb vahemikku ühest hertsist mitme hertsini. See on veelgi märkimisväärsem, pidades silmas asjaolu, et ELI ERIC käitab teatavatel juhtudel maailma võimsaimaid lasereid. Varajaste projektikonkursside raames on võimalik teha katseid nendel suurendatud kordussagedustel, et töötada välja ühiseid lahendusi ja sihtmärgid kasutajatele.

Need katsed viivad murranguliste avastusteni, ent samal ajal võimaldavad tõsta sekundaarallikate võimsuse rekordtasemele, nt arendada suure energiaga (GeV) kiiluvälja kiirendust. Sellised läbimurdelised kontrollitud katsed rajatiste käitamise varajases etapis ning ulatuslik teavitustegevus ja tulemuste levitamine tekitavad märkimisväärset huvi ELI ERICu ja laiemalt laseriteaduse vastu. See omakorda avaldab mõju Euroopa ja maailma laseriteadusele tervikuna ning paneb aluse paljudele praktilistele rakendustele, näiteks uudsed vähiravimeetodid ja ohtlike tuumajäätmete töötlemine. Eesmärk on tõendada selle potentsiaali olemasolu ning luua kasvav ja jätkusuutlik lähtealus ELI ERICu ning kogu Euroopa laseriteaduse toetamiseks.

7.2.4. Innovatsiooni loomine

ELI ERICu mõju laseritööstuse innovatsioonile ja tehnoloogiale ei piirdu vaid ehitusetapiga. Käitamisetapi keskne ülesanne on tagada jätkusuutlik tehnoloogiaarendus. ELI raames luuakse pikaajalised töösuhted tööstuspartneritega, et lahendada põhikomponentide hanke ja pideva tehnoloogiaarendusega seotud probleemid ning lõppkokkuvõttes tagada jätkusuutlik käitamine.

Koostöös tööstusega on üks olulisemaid ülesandeid algatada dialoog tarnijatega, et teha kindlaks tootearenduse või riskimaandamise protsessidega (varuosade suur kättesaadavus, hulgitarnijad jms) seotud piirangud, eeskätt võttes arvesse ELI rajatiste pikaajalist jätkusuutlikku käitamist.

Käitamisetapi jooksul jätkatakse tehnoloogiaarendust ELI ERICu vajaduste põhjal. Muu hulgas keskendutakse järgmistele tahkudele.

— Suure kordussagedusega võimsate laserite peamised optikakomponendid. Arendada tuleb optilisi transpordi- ja fookustamiskomponente, samuti difraktsioonivõresid ja lähtematerjale, et tagada nende pikaajaline vastupidavus suure energia ja tippvõimsusega impulssidele ning kiire suure läbimõõdu ja suure kordussageduse juures.

— Lühikeste impulsside ja suurte kiirte metroloogia. Vaja on murrangulisi lahendusi, mille abil mõõta süsteemide toimivust käitamisel lühikeste impulsside ja suurte kiirtega, et soodustada ELI rajatistes saavutatavate ainulaadsete teadustulemuste mõistmist.

— Täielik kontroll komplekssete süsteemide üle. Katsesüsteemid peavad olema toimivad ja võimaldama tõrgeteta käitamist. Vaja on arukaid ja täielikult liidestatud kontrollisüsteeme.

ELI rajatiste puhul tehakse koostööd tööstuspartneritega, kes suudavad pakkuda murrangulisi ja uuenduslikke tehnilisi lahendusi. Innovatsioonitegevuses ei keskenduta üksnes lühiajalisele tehnilisele perspektiivile, vaid tegeletakse ühtlasi lahenduse pikaajalise jätkusuutlikkuse tahuga, et tagada ELI ERICu süsteemide parim võimalik toimivus ja pikim töövõimeaeg ning hoida hoolduskulud kõige tõhusamalt kontrolli all. ELI ERICu ainulaadsed teadustulemused põhinevad pikas perspektiivis kõige jätkusuutlikumatel suure tippvõimsusega laserite tehnilistel lahendustel.

7.2.5. Mõju vastuvõtvates riikides

Peamine põhjus, miks ELI ERICusse investeeriti ning miks rajatised paiknevad Kesk-Euroopa riikides, oli eesmärk tagada piirkondades suure väärtusega teadus- ja tehnoloogiakeskusest tulenev mõju. Mitmes uuringus on käsitletud muid teadustaristuid ning välja selgitatud, et suur osa investeeringute ja innovatsiooniga seotud mõjust avaldub 100 km raadiuses rajatisest, mis viitab läheduse olulisele rollile. Muu hulgas oodatakse mõju alljärgnevatel tasanditel.

— Investeeringute vahetu mõju – vastuvõtvad liikmed saavad eeldatavalt 50–80 % tegevuskuludest katta teiste liikmete abiga, mis tähendab, et investeeringutel on arvatavalt otsene mõju kohalikule majandusele. ELI jälgib seda mõju ning koostab selle kohta aruande. Eeldatavalt kulutatakse ligikaudu enam kui 50 % vastavast summast kohalikus piirkonnas, st sellest saab kasu kaks erinevat Kesk-Euroopa piirkonda.

— Rohkem võimalusi riigi/kohaliku tasandi teadlastele – kõik ELI rajatised paiknevad ülikoolilinnades (Praha, Szeged). Ülikoolid on kursis eelseisvate arendustega ELI ERICus ning on loonud üliõpilastele ja teadlastele suunatud programmid, et ära kasutada rajatiste lähedust. Seda silmas pidades on projektis kavandatud sihtotstarbeline tegevus selleks, et jõuda kohalike teadlasteni ning saavutada eesmärk, et kümne aasta jooksul alates ELI ERICu asutamisest kujuneks mõlemas riigis välja valdkonna juhtivate teadlaste ringkond.

— Paremad innovatsioonivõimalused kohalikule tööstusharule – lisaks investeeringute vahetule mõjule, mida eespool kirjeldati, soodustab lähedus rajatistele innovatsiooni vähemalt kahel mõõdetaval viisil. Esiteks kasutavad vastava suutlikkusega ettevõtted võimalust ning pakuvad rajatistele ennetavalt tooteid või püüavad välja selgitada, kuidas oma pakkumist kohandada. Tööstusharule suunatud teavitusürituste abil aitavad nii hankemeeskonnad kui ka valdkonna kontaktametnikud hõlbustada rajatiste kohta teabe jagamist. Peale selle võib kohaliku tarnija olemasolu piirkonnas rajatistele kasuks tulla strateegilistel põhjustel, näiteks seepärast, et piirkonnas on madalad hinnad, ent suurema tõenäosusega seepärast, et tarnijate lähedus ja mugav juurdepääs nende teenustele võimaldab kohandada tehnilisi lahendusi.

8. PEAMISED RISKID

8.1. Riskianalüüs

Tabel 15

ELI ERICu rajatiste käitamise kõrgetasemeline riskihinnang

Võimalik risk Tõenäosus Skaalal 1–5 (väiksest suureni) Mõju Skaalal 1–5 (väiksest suureni) Riski ennetamine/vähendamine Töötajate ligimeelitamine ja konkurentsivõimeline tasustamine – on risk, et ELI ERICul on raske meelitada maailmatasemel juhtivaid eksperte personaliga liituma. 4 5 Aktiivne värbamine, tähtajalised lepingud, võimalused teadusuuringuteks, algatused eesmärgiga parandada elukvaliteeti. Tehniline risk, et põhiparameetreid ei saavutata – risk, et ELI-l ei õnnestu tagada teatavaid peamisi tööparameetreid, mis võib omakorda piirata katsevõimalusi. 3 3 Kavandamine ja dialoog kasutajaskonna ja ISTACiga, et juhtida ootusi ja määrata kindlaks alternatiivsed katseprioriteedid. Palkade tõstmine esimesel viiel aastal – kohaliku tööturu arengusuundumusi arvesse võttes tuleb ELI ERICus oluliselt tõsta palkasid, ligikaudu 5–10 % aastas. 5 3 Kavandamine ja dialoog töötajatega, et teha kindlaks ootused. Seadmete/komponentide iganemine – laserisüsteemide tehnoloogia areneb tuleval aastal hoogsalt ning selleks et säilitada konkurentsivõime, tuleb ELIs teha pidevaid kapitalikulutusi. 3 4 Kavandamine ja tehnoloogia tegevuskava väljatöötamine; täiendava rahastuse otsimine. Halvad esmased kasutajakogemused – kahju varajases etapis juhul, kui a) rajatised ei toimi; b) töötajad ei paku kasutajatuge; c) teabevahetus / ootuste juhtimine on puudulik. See võib põhjustada halba mainet teadusringkonnas ja oluliselt pidurdada teenuste kasutuselevõttu. 3–4 4–5 Tihe koostöö vastutulelike kasutajatega algusetapis, kasutajauuringud, tugiteenuseid osutavate kasutajakoordinaatorite määramine. Suutmatus ELI rajatisi edukalt integreerida – juhtimis-/haldusprobleemide tõttu esineb viivitusi organisatsioonilisel ühinemisel või see ebaõnnestub. See omakorda suurendab kulusid ning kahjustab ELI ERICu usaldusväärsust ja mainet. 2 5 Põhjalik järelevalve juhtimise üle, kõrgel juhtimistasandil toetatav muutuste juhtimise protsess ja koolituskursused, ressursside eraldamine ja mõistlikud tähtajad.

(1) Nõukogu 25. juuni 2009. aasta määrus (EÜ) nr 723/2009 Euroopa teadusuuringute infrastruktuuri konsortsiumi (ERIC) käsitleva ühenduse õigusliku raamistiku kohta (ELT L 206, 8.8.2009, lk 1).

(*1) Tänu CPA-le ja tahkislaseri tehnoloogiale on tippintensiivsus nüüdseks üle 1022 W/cm2. ELI ERIC suurendab seda veel enam kui ühe suurusjärgu võrra. Joonisel on näidatud ka SLAC E144 katse (sinine täpp), kus suur intensiivsus saavutati laseri ja aine vastastikmõju võimendamisega relativistlikule skaalale. Horisontaaljooned kujutavad elektroni ponderomotoorse energia (Up) intensiivsust 800 nm (Ti:Sapphire) laseri fookuses esiteks juhul, kui Up oleks võrdne ühe aatomimassiühikuga, teiseks juhul, kui Up oleks võrdne elektroni seisumassiga, ning kolmandaks stsenaariumis, kus Y = 1 (Schwingeri intensiivsus), mille korral vaakum muutub ebastabiilseks ja valgus muundub aineks. Allikas: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Joonisel esitatud arvud hõlmavad kasutusele võetud ja ehitatavaid rajatisi. ALLIKAS: J. Collier, Central Laser Facility, Rutherford Appleton Laboratory.