PRILOG I.

TEHNIČKI I ZNANSTVENI OPIS

1. SVRHA I PODRUČJE PRIMJENE OVOG DOKUMENTA

U ovom se dokumentu opisuju znanstvena svrha i tehnički sustavi koji će istraživačima biti na raspolaganju u okviru ekstremne svjetlosne infrastrukture ERIC (ELI ERIC). Opisani su posebni aspekti postrojenja koje će zemlje domaćini osigurati ELI ERIC-u. Dokument je temelj za određivanje područja djelovanja i definicije „operacija” za ELI ERIC.

U dokumentu se navode znanstveni ciljevi i svrha ELI ERIC-a. U slučajevima u kojima je to relevantno upućuje se na Bijelu knjigu ELI-ja, primarni tehnički dokument ELI-ja prije izgradnje. Potvrđuje se da se aspekti vizije za ELI opisani u tom važnom dokumentu nisu promijenili, ali za potrebe ovog dokumenta i uspostave ELI ERIC-a opisana su samo tehnička postrojenja koja nude osnivački članovi domaćini ERIC-a.

Daje se sažeti pregled trenutačnog znanstvenog područja djelovanja i tehničkih aspekata postrojenja ELI-ja. Naznačeni su i proračunski i vremenski elementi na početku operacija. Te se informacije temelje na Statutu ELI ERIC-a, posebno članku 22., Obveze i sredstva, i temelj su za sporazume između ELI ERIC-a i vlasnika postrojenja (institucije domaćini) kako bi postrojenja ELI-ja bila dostupna zajednici korisnika. Ovaj je dokument sastavni dio Statuta ELI ERIC-a pri početnom osnivanju ELI ERIC-a i osnovna je referentna točka kad je riječ o području djelovanja i misiji postrojenja.

2. UVOD I KONTEKST

Ekstremna svjetlosna infrastruktura ERIC međunarodno je lasersko postrojenje čiji je cilj razviti nove interdisciplinarne mogućnosti istraživanja upotrebom ekstremnog svjetla iz laserskih izvora s najvećom vršnom snagom koji su trenutačno dostupni te je namijenjeno za istraživanje. Ti laseri i sekundarno zračenje koje emitiraju omogućit će nova otkrića u brojnim znanstvenim disciplinama, kao i društveno relevantne primjene.

ELI ERIC, u skladu s Uredbom Vijeća (EZ) br. 723/2009 (1), istraživačka je infrastruktura „na jednome mjestu” s više mjesta poslovanja u zemljama domaćinima, uz njegovo sjedište. Postrojenja ELI-ja nalazit će se na dvije lokacije, u Češkoj i Mađarskoj. Stavit će se na raspolaganje međunarodnoj znanstvenoj zajednici korisnika.

Nobelovu nagradu za fiziku 2018. dobili su Gérard Mourou i Donna Strickland za svoj rad na laserskoj tehnologiji za pojačanje rastegnutog pulsa (CPA). Ta je Nobelova nagrada po mnogočemu posebna za ELI jer u pravo vrijeme skreće pozornost na temeljnu tehnologiju koja omogućuje ekstremnu lasersku svjetlost. Postrojenja ELI-ja dat će zamah tehnici CPA kako bi se omogućila dostupnost dosad nedosegnutih vršnih razina snage (vidjeti sliku 1.), a time i brojne primjene za temeljnu znanost i društvene koristi.

Poseban je cilj ELI ERIC-a odgovoriti na dva „velika izazova”, koji su izvorno navedeni u Bijeloj knjizi ELI-ja te su i dalje relevantni, kako bi se razvila:

— postrojenja za visokoenergetske snopove i rendgenske zrake: snopovi ultrakratkih energetskih čestica (> 10 GeV) i rendgenski snopovi (do nekoliko megaelektronvolta) proizvedeni u kompaktnom laserskom akceleratoru plazme,

— atosekundna znanost: snimak dinamike elektrona u atomima, molekulama, plazmi i čvrstim tijelima na atosekundnoj vremenskoj skali.

Konkretno:

— Postrojenje ELI-Beamlines u gradu Dolní Břežany (u blizini Praga), Češka, usmjerit će se na razvoj kratkoimpulsnih sekundarnih izvora zračenja i čestica te na njihovu multidisciplinarnu primjenu u molekularnim i biomedicinskim znanostima, znanosti o materijalima, fizici gustih plazmi i tople guste tvari i laboratorijskoj astrofizici. Usto, postrojenje će upotrebljavati svoje lasere velike snage i visoke frekvencije ponavljanja za eksperimente iz fizike visokih energija s fokusiranim intenzitetima od približno 1023 W/cm2 te tako istraživati fiziku egzotične plazme i nelinearne efekte kvantne elektrodinamike. — ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) u Segedinu, Mađarska, uspostavlja jedinstveno postrojenje koje osigurava izvore svjetlosti između terahercnih (1012 Hz) i rendgenskih (1018–1019 Hz) raspona frekvencija u obliku ultrakratkih impulsa visoke frekvencije ponavljanja. Postrojenje ELI-ALPS istraživat će izrazito brzu dinamiku, odnosno snimati dinamiku elektrona u atomima, molekulama, plazmi i čvrstim tijelima na atosekundnoj vremenskoj skali (10–18 s). Bavit će se i istraživanjem s laserima ultravisokog intenziteta.

Postrojenja ELI-ja osigurat će skup trenutačno dostupnih najmoćnijih sustava s najkraćim impulsima. Točnije, ELI će biti prva infrastruktura za temeljno proučavanje interakcije između lasera i tvari u ultrarelativističkom režimu (I > 1024 W/cm2). U postrojenjima se već ispituje nova generacija inovativnih, vrlo kompaktnih linija snopova koje emitiraju energetske čestice i zračenje u trajanju od femtoskunde (10–15 s) do atosekunde (10–18 s).

S obzirom na tu raznolikost istraživačkih aktivnosti, postrojenja ELI-ja trebala bi donijeti znatne društvene koristi i pokrenuti inovacije u srednjoročnom i dugoročnom razdoblju, uključujući poboljšano onkološko liječenje (snopovi ionizirajućeg zračenja), medicinsko i biomedicinsko snimanje, novu generaciju fotonike i razvoj novih metoda obrade nuklearnog otpada preko transmutacije.

Ta postrojenja ELI-ja zajedno zauzimaju površinu od 54 000 m2 na dvije lokacije i u njima će raditi do 600 znanstvenika, inženjera, tehničara i pomoćnog osoblja.

Slika 1.

Najviši fokusirani intenziteti u protoku vremena (*1)

Izvorno je u Bijeloj knjizi ELI-ja, kako je predstavljena 2011., iznesena vizija postrojenja koje će pomicati granice „ekstremnog svjetla” i laserske tehnologije koja je danas relevantnija nego ikad prije:

„Današnje vrhunske specifikacije laserskih sustava velike snage karakterizira vršna snaga od jednog do dva petavata (PW) pri vrlo niskim (sub Hz) frekvencijama ponavljanja, što je ostalo nepromijenjeno tijekom više od jednog [sada već dva] desetljeća. Međutim, većina sustava velike snage i dalje ostaje na razini od 100 TW. ELI i njegovi nacionalni projekti prethodnici poput projekata ILE i Vulcan-10PW pojačat će vršnu snagu pojedinačnih lasera (modula) na 10 PW ili nekoliko desetaka 10 PW pri mnogo većim frekvencijama ponavljanja, što predstavlja skok od više od jednog reda veličine u oba parametra.”

Ova vizija otvara put prema još snažnijim, kombiniranim, koherentnim laserskim sustavima od 100 PW za koje se predviđa da će se uspostaviti u budućim postrojenjima ELI-ja na temelju tehnologija koje se prvi put primjenjuju u postrojenjima ELI-ja. Takvi sustavi otvaraju novu vrstu interakcije i po prvi put omogućuju dublji uvid od atomske fizike kako bi se istražili slojevi tvari relevantni za nuklearnu fiziku, fiziku visokih energija čestica, astrofiziku, polja koja se tradicionalno proučavaju u akceleratorima čestica visoke energije. Očekuje se da će ELI donijeti potpuno nov pristup istraživanju temeljne fizike. Ultrarelativistički intenzitet lasera suština je ELI-ja, što dovodi do:

— stvaranja najvišeg elektromagnetskog polja,

— mogućnosti da svjetlost pomiče materiju, elektrone i ione pri relativističkoj brzini,

— stvaranja koherentnog i nekoherentnog visokoenergetskog zračenja, X ili γ,

— mogućnosti proizvodnje puno kraćih impulsa nego što je to trenutačno moguće, a u budućnosti čak i kraćih od atosekundnog raspona.

Te četiri jedinstvene značajke, same ili u kombinaciji, omogućuju novu skupinu snažnih strukturalnih dinamičkih alata.

3. POSTROJENJA ELI-ja U ODNOSU NA EKSTREMNU SVJETLOSNU INFRASTRUKTURU ERIC

Pristup postrojenjima ELI-ja bit će konkurentan, međunarodne naravi i otvoren za korisnike unutar i izvan zemalja članica, na temelju članka 2. stavka 2. točke (a) Statuta ELI ERIC-a, kao i politike pristupa za korisnike ELI ERIC-a, kako je utvrđeno u članku 6. Statuta ELI ERIC-a, kao i na temelju načela utvrđenih u Povelji Europske unije o pristupu istraživačkim infrastrukturama (2). Cjelokupan „pristup za korisnike” predmet je stručne ocjene. ELI ERIC osigurat će zajedničku pristupnu točku za korisnike koji odgovore na jedinstveni poziv na podnošenje prijedloga, što uključuje integrirani pristup svim dostupnim kapacitetima postrojenja ELI-ja

Iz znanstvene perspektive pristup je „otvoren”, što znači da su postrojenja ELI-ja otvorena potencijalnim istraživačima iz zemalja članica, ali i država koje nisu članice. Prijedlozi su konkurentske naravi, a „otvoreni pristup” znači i da su podaci i potencijalna upotreba podataka u publikacijama dostupni svima i da ih svi mogu pregledavati.

Osim „otvorenog” pristupa postoji i „vlasnički” pristup, koji korisnik plaća, što znači da rezultati u obliku podataka mogu biti vlasništvo korisnika i „zatvoreni”.

Postojat će i mogućnosti za pristup povezan s ciljevima utemeljenima na „misijama”. To može biti tematski usmjereno istraživanje u određenim disciplinama, a može uključivati i razvoj tehnologije u smislu suradnje u inovacijama i nabavi. Osposobljavanje i obrazovanje u području kapaciteta prioritet je za članove i europski istraživački prostor, ali može se proširiti i na subjekte osim članova.

Članovi domaćini obvezuju se da će postrojenja ELI-ja staviti na raspolaganje ELI ERIC-u kao dio svojih doprinosa. Taj besplatni doprinos domaćina od javnog je interesa, a troškovi ulaganja za izgradnju ne amortiziraju se niti uračunavaju u operativne troškove. Koncept dostupnosti ne zahtijeva, ne podrazumijeva niti ne isključuje prijenos vlasništva nad postrojenjima, djelomično ili u cijelosti. Značenje dostupnosti u ovom svojstvenom kontekstu utvrđuje se i dogovara između ELI ERIC-a i njegovih članova domaćina kao potpuni pristup odgovarajućim postrojenjima, nadzor nad njima i odgovornost za njih. Zakonski je reguliran posebnim sporazumima o radu postrojenja između ELI ERIC-a, člana domaćina i, prema potrebi, vlasnikâ postrojenja ELI-ja.

Ti sporazumi obuhvaćaju njihov rad, podršku i upravljanje, a izravno će se pozivati na Statut ELI ERIC-a za utvrđivanje njihove pravne osnove. U obzir će uzeti već postojeće zadaće, odgovornosti i obveze, uključujući one utvrđene u izvršnim projektima europskih strukturnih i investicijskih fondova (dalje u tekstu „ESIF”). Sporazumi se dalje razmatraju u Modelu operativnog upravljanja za ELI ERIC i obuhvaćaju dvije vrste ključnih etapa povezanih s dostupnošću:

— tehničke ključne etape – opisane su u nastavku, a riječ je o posebnim sklopovima instrumenata i eksperimentalnim stanicama, koji su funkcionalni i spremni za korisnika te koje je preporučilo vijeće za ispitivanje, uključujući neovisne stručnjake, i odobrila Glavna skupština ELI ERIC-a,

— organizacijske ključne etape – organizacijske ključne etape utvrđene su posebno za svako postrojenje ELI-ja.

Taj pristup mora biti u skladu s navedenim ciljem Statuta ELI ERIC-a da on djeluje kao jedna pravna osoba i razvija se u smjeru sličnom ostalim vodećim istraživačkim infrastrukturama, tj. u smjeru jedinstvene integrirane organizacije s jedinstvenim upravljanjem, kako je utvrđeno u članku 3. stavku 1. Statuta ELI ERIC-a.

U sljedećim odjeljcima nalaze se detaljni opisi svakog postrojenja ELI-ja i definira suštinska znanstvena i tehnička priroda svakog od njih. To je važna osnova za prethodno opisani pristup za stavljanje postrojenja ELI-ja na raspolaganje. Opisano je i vrijeme dostupnosti „pristupa za korisnike” za svako postrojenje te procijenjeni troškovi njegovih budućih operacija u prve tri godine, uključujući i prve dvije godine „stalnih operacija”. U odjeljcima se ukratko opisuje trenutačni pravni status svakog postrojenja ELI-ja i kako to može utjecati na pristup u budućnosti u odnosu na ELI ERIC.

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

Postrojenje ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) u Segedinu (Mađarska) omogućit će međunarodnoj zajednici, u okviru ELI ERIC-a, širok raspon izvora zračenja i čestica koji u stabilnim specifikacijama i robusnom načinu rada emitiraju energetske impulse ultrakratkog trajanja i koherentno zračenje u atosekundnom rasponu (10–18 s). Riječ je o novom postrojenju na jednom mjestu koje zauzima više od 24 000 m2 i očekuje se da će zaposliti približno 200 djelatnika.

Postrojenje ELI-ALPS trenutačno je u vlasništvu poduzeća ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU) koje ga i gradi, a riječ je o neovisnom i neprofitnom poduzeću koje je u 90-postotnom vlasništvu mađarske države i 10-postotnom vlasništvu lokalnih dionika. ELI-HU ima potpunu autonomiju i pravnu osobnost u Mađarskoj.

4.1. Tehnička struktura i izvori

Primarna misija istraživačkog postrojenja ELI-ALPS u Segedinu jest učiniti široki spektar ultrakratkih izvora svjetlosti dostupnim skupinama korisnika iz međunarodne znanstvene zajednice. Laserski upravljani sekundarni izvori koji emitiraju koherentno ekstremno ultraljubičasto (XUV) i rendgensko zračenje, a koji su ograničeni na atosekundne impulse, glavna su istraživačka inicijativa infrastrukture. Sekundarna je svrha postrojenja pridonijeti potrebnom znanstvenom i tehnološkom razvoju neophodnom za lasere visokog vršnog intenziteta i velike prosječne snage.

Tablica 1.

Predviđeni parametri performansi ELI-ALPS-a za laserske izvore pri izlaznoj snazi lasera

PRIMARNI LASERSKI IZVORI Vršna snaga Prosječna snaga Snaga impulsa Trajanje impulsa Frekvencija ponavljanja ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 ciklusa < 1,9 ciklusa 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 ciklusa (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 ciklusa (< 42 fs) 100 kHz MIR HE predviđena nadogradnja ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ pri 3 μm ~ 20 mJ pri 1,5 μm ~ 3 ciklusa (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 ciklusa (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 predviđena nadogradnja ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 ciklusa (~ 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 pumpa > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 z

Infrastruktura ELI-ALPS korisnicima u području znanstvenog istraživanja i industrijskih primjena omogućuje primarne laserske impulse zajedno s impresivnim nizom sinkroniziranih sekundarnih svjetlosnih impulsa i impulsa čestica. Iznimne karakteristike parametara izvora uključuju:

— impulse s nekoliko ciklusa, od terahercnih/infracrvenih do petahercnih/ultraljubičastih, s impresivnom frekvencijom ponavljanja od 10 Hz do 100 kHz,

— atosekundne, ekstremno ultraljubičaste, meke i tvrde rendgenske impulse s frekvencijom ponavljanja 10 Hz–100 kHz i energijom impulsa u rasponu od nekoliko μJ do mJ,

— relativističke i ultrarelativističke izvore čestica i prostorno koherentne rendgenske izvore s femtosekundnim trajanjem,

— kontrolirane ultrarelativističke oblike impulsa s izuzetno visokim kontrastom pri frekvenciji ponavljanja od nekoliko Hz i kHz.

Paralelna je misija ELI-ALPS-a zajedno s drugim postrojenjem ELI-ja doprinositi tehnološkom razvoju prema laserima s velikom vršnom snagom i visokom prosječnom snagom, posebno za potrebe atoznanosti i relevantne primjene. Paralelno postojanje atosekundnih impulsa i najmodernijih lasera, uključujući lasere klase PW u istom postrojenju, nudi jedinstvene vremenski razlučene mogućnosti istraživanja za nerelativističku i relativističku interakciju svjetlosti sa svim četirima fazama materije.

Posebni je cilj postrojenja ELI-ALPS potaknuti industrijske primjene preko efekta prelijevanja, pri čemu se uzima u obzir i mogući snažan učinak na okolno područje u kojem će se nalaziti veliki znanstveni park.

Tablica 2.

Ključne etape ELI-ALPS-a za laserske izvore

DOSTUPNOST LASERSKIH IZVORA ELI-ALPS-a POČETAK PUŠTANJA U POGON PRISTUP ZA KORISNIKE HR1 listopad 2017. dostupno (0,8 mJ, < 1,9 ciklusa) studeni 2021. (potpune specifikacije) HR2 ožujak 2021. svibanj 2021. MIR listopad 2017. dostupno MIR HE – PREDVIĐENA NADOGRADNJA listopad 2022. siječanj 2023. SYLOS2 ožujak 2019. dostupno SYLOS3 – PREDVIĐENA NADOGRADNJA listopad 2022. siječanj 2023. SYLOS EXP ALIGNMENT prosinac 2018. dostupno HF PW svibanj 2018. listopad 2021. THZ PUMPA siječanj 2021. ožujak 2021.

4.2. Eksperimentalne stanice

Slika 2.

Izgled eksperimentalnih stanica ELI-ALPS-a

ELI-ALPS nudi brojne vrhunske ultrakratke laserske impulse visokog intenziteta u kombinaciji s vrhunskim sekundarnim izvorima i naprednim korisničkim krajnjim stanicama, koji će stvoriti iznimno okruženje za temeljna i primijenjena znanstvena istraživanja. Od samog početka ELI-ALPS imat će vodeću globalnu ulogu u nekoliko područja:

— znanost o valenciji i jezgri elektrona – dinamika valencije i elektrona jezgre u malim sustavima može se pojedinačno nadzirati i kontrolirati interakcijama s atosekundnim pulsevima,

— vizualizacija ultrabrze strukturne dinamike i efekata korelacije – kombinacije izvora s ultrakratkim impulsima i kratkim valnim duljinama omogućuju vizualizaciju dinamike naboja u složenim i (jako) koreliranim sustavima,

— ultrabrza dinamika površine i kondenzirane tvari – izuzetno visoka frekvencija ponavljanja atosekundnih izvora u kombinaciji sa sofisticiranom krajnjom stanicom za korisnike instrumenta NanoEsca otvara jedinstvene mogućnosti u znanosti o površinama i kondenziranoj tvari,

— atoznanost plazme – relativistički impulsi u nekoliko ciklusa ili PW impulsi sa superiornim prostornim i vremenskim kontrastom upotrebljavali bi se za proučavanje, optimizaciju i primjenu procesa podciklusnih emisija za istraživanje relativističke površinske dinamike, relativističkog oblikovanja impulsa, radiobiologije itd.,

— istraživanje terahercnog zračenja – ultrakratki terahercni izvori visokog intenziteta, s nezabilježenom vršnom jačinom električnog polja (do 5 MV/cm) i impulsnom energijom od 1 mJ bit će dostupni u frekvencijskom opsegu 0,1–2 THz.

Jedinstvena kombinacija izvora zračenja s velikom frekvencijom ponavljanja koja pokriva elektromagnetski spektar od rendgenskih do dalekih infracrvenih i terahercnih zraka čini ovo postrojenje ELI-ja vrlo atraktivnim za istraživanje složenih, primijenjenih sustava. Područja primijenjenih istraživanja uključuju nove atosekundne izvore, nove izvore čestica, nanotehnologiju, kulturnu baštinu, biološko snimanje i biomedicinske primjene poput napredne fazno-kontrastne tomografije i višedimenzionalne spektroskopije.

Tablica 3.

Ključne etape za sekundarne izvore ELI-ALPS-a

SEKUNDARNI IZVORI ELI-ALPS POČETAK PUŠTANJA U POGON PRISTUP ZA KORISNIKE GHHG HR1 I 2 GAS (LTA4) kolovoz 2018. prosinac 2021. (HR1) srpanj 2021. (HR2) GHHG HR1 I 2 CONDENSED (LTA3) listopad 2020. prosinac 2021. (HR1) srpanj 2021. (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) ožujak 2020. srpanj 2021. GHHG SYLOS LONG (LTA1) siječanj 2021. veljača 2022. SHHG SYLOS (MTA) studeni 2021. siječanj 2023. SHHG HF (HTA) lipanj 2022. siječanj 2023. MIR HE GENERATED ATTO – PREDVIĐENA NADOGRADNJA siječanj 2023. travanj 2023. THZ SPEKTROSKOPIJA (THZ) listopad 2019. veljača 2020. THZ VISOKE ENERGIJE (THZ) srpanj 2021. prosinac 2021. ELECTRON-SYLOS (MTA) prosinac 2021. travanj 2022. ELECTRON PW – PREDVIĐENA NADOGRADNJA (HTA) siječanj 2023. travanj 2023. IONSKI SNOP – POTENCIJALNA NADOGRADNJA rujan 2023. prosinac 2024.





Tablica 4.

Ključne etape za eksperimentalne stanice ELI-ALPS-a

EKSPERIMENTALNE STANICE ELI-ALPS POČETAK PUŠTANJA U POGON PRISTUP ZA KORISNIKE REAKCIJSKI MIKROSKOP lipanj 2021. rujan 2021. KRAJNJA STANICA VMI SPEKTROMETRA kolovoz 2020. listopad 2020. STANICA ZA KONDENZIRANU TVAR (NANOESCA) prosinac 2019. lipanj 2020. (samostalna) srpanj 2021. (s atosekundama) SPEKTROMETAR „MAGNETSKA BOCA” travanj 2021. prosinac 2021. NANOZNANOST I NANOPROIZVODNJA lipanj 2018. prosinac 2019. SNIMANJE BETATRONOM – PREDVIĐENA NADOGRADNJA travanj 2023. prosinac 2023. KONTROLNA STANICA ZA KEMIJSKE REAKCIJE lipanj 2020. kolovoz 2020. KRAJNJA STANICA TEKUĆIH MLAZOVA travanj 2022. kolovoz 2022. VIŠEDIMENZIONALNA SPEKTROSKOPIJA (FEMTOBIOLOGIJA) – PREDVIĐENA NADOGRADNJA kolovoz 2021. prosinac 2021. STANICA ZA FIZIKU JAKIH POLJA (CILJNO PODRUČJE PW) prosinac 2022. veljača 2023. RADIOBIOLOGIJA/BIOMEDICINA kolovoz 2018. veljača 2020.

U prethodnoj tablici navedene su stanice za koje se očekuje da će biti dostupne ELI ERIC-u kao dio „pristupa za korisnike” u narednim godinama. One su kritične tehničke ključne etape za ELI-ALPS i Mađarsku kao domaćina u odnosu na ELI ERIC. Očekuje se da će stanice postati dostupne u različito vrijeme. Nakon otvaranja zadnje eksperimentalne stanice za korisnike smatrat će se da je postrojenje prešlo na „stalne operacije”. Osim već navedenog, u prethodnoj tablici navedene su i predviđene nadogradnje postrojenja koje će ELI ERIC revidirati i razmotriti u budućnosti.

Nakon puštanja primarnih laserskih i akceleratorskih izvora u pogon skupine ranih korisnika pomoći će u karakterizaciji izvora i dovršetku izgradnje eksperimentalnih stanica. Te se aktivnosti pokreću i njima se upravlja preko ELI-ALPS-a. Kad su prvi laseri (MIR, HR1) započeli s radom krajem 2017., pristup za pomoć u puštanju u pogon dobile su prve međunarodne skupine korisnika za puštanje u pogon (FORTH Grčka, ETH Zürich, CEA Francuska, Hebrejsko sveučilište, Sveučilište u Freiburgu, Sveučilište u Aarhausu, Sveučilište u Limogesu, MPQ Garching, Sveučilište Friedrich Shiller u Jeni, Institut za znanost i tehnologiju u Gwangjuu, Južna Koreja, Istraživački institut Wigner u Mađarskoj).

Nakon što svaka eksperimentalna stanica bude puštena u pogon i uključena u mrežu, ali i sadržavala funkcionalan primarni izvor i/ili sekundarni izvor, program pristupa za korisnike može početi, a ELI ERIC može početi prihvaćati prijedloge za te stanice.

Nadzirat će se potvrđivanje i prihvaćanje svake eksperimentalne stanice, a formalnim „pregledom za operativno prihvaćanje”, koje će provoditi nezavisni stručnjaci, stručnjaci iz ELI-ALPS-a i stručnjaci iz drugog postrojenja ELI-ja, potvrdit će se spremnost za korisnike i izraditi formalna preporuka ISTAC-u i Glavnoj skupštini ELI ERIC-a.

4.3. Načini pristupa za korisnike i načini rada

Način pristupa bit će poznat korisnicima drugih vodećih postrojenja za lasere i istraživanje. Eksperimenti će se provoditi danima, a u nekim slučajevima i tjednima. Općenito je cilj postrojenja dostupnost od [220 dana godišnje po 8 sati dnevno], što daje ukupan broj od 1 760 sati godišnje.

4.4. Aspekti povezani s operacijama i odnosom između ELI ERIC-a i ELI-ALPS-a

Iako je ELI ERIC ovlašten za upravljanje pristupom postrojenju ELI-ALPS-a u fazi njegova stavljanja na raspolaganje, fizički objekt postrojenja u vlasništvu je poduzeća ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU) i ono njime na početku izravno upravlja. Riječ je o „istraživačkoj organizaciji” za potrebe pravila o državnim potporama za istraživanja i razvoj.

Osim prethodno navedenih važnih tehničkih i znanstvenih ključnih etapa, postoje i organizacijske ključne etape povezane s cjelokupnom integracijom ELI-ALPS-a u ELI ERIC. Te su organizacijske ključne etape navedene u tablici u nastavku.

Tablica 5.

Procjena ključnih organizacijskih etapa ELI-ALPS-a u razdoblju tranzicije

INTEGRIRANI ORGANIZACIJSKI MODEL ELI-ALPS-a 2020. 2021. 2022. RUKOVODSTVO X X X ZNANSTVENA POLITIKA X X X PRISTUP ZA KORISNIKE — X X PRORAČUN — X X POLITIKA ZAPOŠLJAVANJA — — X UPRAVLJANJE TEHNOLOGIJOM — — X UPRAVLJANJE POSTROJENJIMA — — X PRAVNI ODNOSI I ODGOVORNOSTI — X X ADMINISTRACIJA — X X

U slučaju ELI-ALPS-a aktivnosti će se prenijeti na ELI ERIC tijekom razdoblja od barem dvije godine, a neke će se aktivnosti prenijeti na kraju razdoblja. Zajedno s tehničkim ključnim etapama navedenima za eksperimentalne stanice može se utvrditi cjelokupni plan prijenosa aktivnosti.

U tablici u nastavku nalazi se procjena troškova ELI-ALPS-a povezanih s pristupom za korisnike i potrebnih za rad postrojenja za ELI ERIC u razdoblju 2020.–2021., odnosno u prijelaznom razdoblju. Riječ je o razdoblju u kojem bi nadležnost za upravljanje odgovornostima, sredstvima i imovinom trebala prijeći s ELI-HU-a na ELI ERIC.

Tablica 6.

Procjena troškova pristupa za ELI-ALPS

EUR ELI-ALPS 2020. 2021. 2022. 2023. 2024. Izravni troškovi osoblja 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Izravni troškovi hardvera 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Izravni troškovi osoblja i hardvera 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Postotak troškova osoblja i hardvera u ukupnim troškovima 27 % 37 % 42 % 42 % Neizravni troškovi 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 Ukupni troškovi ELI-ALPS-a 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

Postrojenje ELI-Beamlines (ELI-BL) u gradu Dolní Břežany blizu Praga (Češka) čak i u svojem imenu naglašava svoju sposobnost izvođenja višestrukih, različitih eksperimenata s pomoću niza laserskih sustava dostupnih brojnim korisnicima. Osmišljeno je tako da nudi kapacitete visoke snage i visoke frekvencije ponavljanja. Riječ je o novom postrojenju na jednom mjestu koje zauzima više od 30 000 m2 i očekuje se da će zaposliti približno 200–300 djelatnika.

Postrojenje je u vlasništvu Instituta za fiziku Češke akademije znanosti, koji njime upravlja te koji ima potpunu autonomiju i pravnu osobnost u Češkoj kao javna istraživačka institucija.

5.1. Tehnička struktura i izvori

Tablica 7.

Predviđeni parametri performansi ELI-BL-a za laserske izvore

PRIMARNI LASERSKI IZVORI Vršna snaga Impulsna energija Trajanje impulsa Frekvencija ponavljanja ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, Dual color 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 snimak u minuti L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 snimak u minuti L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs–150 ps 1 snimak u minuti Astrella 6 i 10 mJ 20 fs 1 kHz Biolaser 6 mJ CEP stabilizacija 20 fs 1 kHz





Tablica 8.

Ključne etape za pristup linijama snopa ELI-BL-a

LASERSKI IZVORI ELI-BL-a POČETAK PUŠTANJA U POGON PRISTUP ZA KORISNIKE L1 siječanj 2018. prosinac 2019. (30 mJ) prosinac 2020. (50mJ) prosinac 2021. (100 mJ) L2 siječanj 2022. lipanj 2022. L3 studeni 2017. srpanj 2018. (0,4 PW) prosinac 2019. (1 PW) L4F rujan 2018. lipanj 2020. L4N rujan 2018. siječanj 2021. L4P lipanj 2022. prosinac 2022. ASTRELLA veljača 2018. travanj 2018. BIOLASER travanj 2018. lipanj 2018.

Snažan je naglasak stavljen na moguće primjene u različitim područjima od društvene važnosti, kao što su medicina ili biologija. ELI-BL, zajedno s povezanim centrom HiLASE (isto u vlasništvu i pod upravom Instituta za fiziku Češke akademije znanosti), namijenjenim razvoju i prijenosu laserske tehnologije, koji već služi kao mjesto za privlačenje poduzeća i supsidijarnih poduzeća u različitim područjima koja posluju u takozvanoj regiji STAR (Napredna regija za znanost i tehnologiju), koja okružuje postrojenje ELI-BL, stvara povoljno okruženje za intenzivnu suradnju između istraživačkih struktura i industrije.

5.2. Eksperimentalne stanice

Slika 3.

Izgled eksperimentalnih stanica ELI-BL-a

Ultrakratki i ultraintenzivni impulsi svjetlosti i čestice koji nastaju interakcijom s ciljnim materijalima u čvrstom i plinovitom stanju omogućit će širok spektar projekata u temeljnim i primijenjenim istraživanjima u kemiji, biologiji, medicinskim tehnologijama, razvoju novih materijala i drugim područjima. Istraživačke aktivnosti u okviru postrojenja ELI-BL strukturirane su u šest eksperimentalnih hala.

Tablica 9.

Sekundarni izvori/linije snopa i ključne etape ELI-BL-a

SEKUNDARNI IZVORI ELI-BL-a IZVOR POČETAK PUŠTANJA U POGON PRISTUP ZA KORISNIKE E1: IZVORI RENDGENSKIH ZRAKA HHG veljača 2018. siječanj 2019. E1: IZVORI RENDGENSKIH ZRAKA PXS ožujak 2018. travanj 2019. E2: IZVORI RENDGENSKIH ZRAKA Betatron lipanj 2019. studeni 2019. E2: IZVORI RENDGENSKIH ZRAKA – FINANCIRANA NADOGRADNJA Compton siječanj 2020. prosinac 2020. E5: LASERSKI ONDULATOR ZA IZVORE RENDGENSKIH ZRAKA LUIS ožujak 2019. lipanj 2020. E4: UBRZANJE IONA ELIMAIA studeni 2018. listopad 2019. E5: UBRZANJE ELEKTRONA HELL siječanj 2019. ožujak 2020.





Tablica 10.

Eksperimentalne stanice i ključne etape ELI-BL-a

EKSPERIMENTALNE STANICE ELI-BL-a STANICA POČETAK PUŠTANJA U POGON PRISTUP ZA KORISNIKE E1: PRIMJENE U BIOMOLEKULARNOJ ZNANOSTI I ZNANOSTI MATERIJALA MAC travanj 2018. siječanj 2019. E1: PRIMJENE U BIOMOLEKULARNOJ ZNANOSTI I ZNANOSTI MATERIJALA Trex lipanj 2018. svibanj 2019. E1: PRIMJENE U BIOMOLEKULARNOJ ZNANOSTI I ZNANOSTI MATERIJALA SRS lipanj 2018. ožujak 2019. E1: PRIMJENE U BIOMOLEKULARNOJ ZNANOSTI I ZNANOSTI MATERIJALA ELIps rujan 2018. ožujak 2019. E2: IZVORI RENDGENSKIH ZRAKA – FINANCIRANA NADOGRADNJA stanica Compton srpanj 2021. srpanj 2022. E5: LASERSKI ONDULATOR ZA IZVORE RENDGENSKIH ZRAKA stanica LUIS ožujak 2019. lipanj 2021. E3: PLATFORMA ZA FIZIKU PLAZME P3 rujan 2018. listopad 2020. E4: UBRZANJE IONA ELIMED studeni 2018. siječanj 2021. E5: UBRZANJE ELEKTRONA stanica ELBA siječanj 2019. srpanj 2021.

Eksperimentalna hala E1 sadržava sekundarne laserske izvore i eksperimentalne krajnje stanice za primjene u molekularnoj i biomedicinskoj znanosti te znanosti materijala. U eksperimentima će se upotrebljavati sinkronizirane laserske fotonske zrake u rasponu VUV i rasponu tvrdih rendgenskih zraka (visokoharmonijski izvor – kilohercni izvor ultrakratkih EUV impulsa koji se emitiraju u koherentnom snopu s malim divergencijama i izvor rendgenskih zraka u plazmi – femtosekundni impulsi rendgenskog zračenja u rasponu 4–30 keV).

Instrumenti uključuju sljedeće:

— MAC: višenamjenska komora za atomske, molekularne i optičke znanosti i koherentno difraktivno snimanje,

— ELIps: vakuumski ultraljubičasti elipsometar (VUV) za eksperimente kraće od pikosekunde; krajnja stanica za vakuumske ultraljubičaste i meke rendgenske zrake,

— krajnja stanica za tvrde rendgenske zrake: modularna stanica za vremenski razlučene eksperimente poput raspršivanja, difrakcije, spektroskopije i snimanja rendgenskim zrakama,

— optičke sonde i pumpni snopovi: napredna stanica za optičku spektroskopiju, uključujući stimulirano Ramanovo raspršivanje; izvor za sinkronizirane pumpne snopove u širokom rasponu od ultraljubičastih do infracrvenih i terahercnih zraka.

U eksperimentalnoj hali E2 radi se s ultrabrzim i žarkim, tvrdim rendgenskim zrakama. Na raspolaganju će biti laser klase PW s frekvencijom ponavljanja od 10 Hz. Mogu se podesiti brojni parametri, uključujući intenzitet lasera, veličinu i trajanje laserske točke i gustoću elektrona u plinu. Elektroni se ubrzavaju do relativističkih energija, a pomiče ih sama plazma (betatronski izvor) ili drugi laserski impuls (izvor Compton). Intenzivne femtosekundne rendgenske ili gama-zrake emitira izvor veličine mikrona. Korisnici mogu zatražiti uski spektar (10 %-tno širenje energije) ili širokopojasno zračenje u spektralnom rasponu od kiloelektronvolta do nekoliko megaelektronvolta.

Platforma za fiziku plazme smještena u eksperimentalnoj hali E3 multifunkcionalna je eksperimentalna infrastruktura dizajnirana za provođenje istraživanja interakcije lasera i plazme te lasera i tvari, pretežno u sljedećim područjima:

— fizika visoke energije gustoće,

— topla gusta tvar,

— optika i plazma,

— laboratorijska astrofizika,

— interakcija ultravisokog intenziteta.

Eksperimentalno područje E4 korisnicima omogućuje testiranje različitih uzoraka s laserski ubrzanim ionskim izvorima zahvaljujući svojem dijelu za prijenos ionskog snopa i dozimetriju, kao i istraživanje inovativnih načina laserskog ubrzavanja iona u fleksibilnoj interakcijskoj komori. Linija snopa ELIMAIA omogućit će korisniku da istražuje multidisciplinarne primjene s pomoću laserskih ionskih snopova, poput biologije in vitro zračenja i pretkliničkih studija u okviru međunarodne suradnje ELIMED-a.

Eksperimentalna hala E5 sadržava uređaj LUIS i namijenjena je korisnicima zainteresiranima za ozračivanje različitih uzoraka najnaprednijim tehnikama. U njemu se nalazi i platforma ELBA, fleksibilno eksperimentalno područje namijenjeno korisnicima koji žele testirati inovativne koncepte i upotrebljavati najnaprednije tehnologije za ubrzavanje elektrona laserima na razinama od više gigelektronvolta.

Osim izvornog područja djelovanja za postrojenje ELI-BL, u prethodnoj tablici predstavljena su i već financirana poboljšanja kapaciteta i nadogradnje postrojenja putem namjenskih projekata ADONIS, HIFI i ELIBIO, koji će biti predmet budućeg pregleda i razmatranja ELI ERIC-a.

Nadzirat će se potvrđivanje i prihvaćanje svake eksperimentalne stanice, a formalnim „pregledom za operativno prihvaćanje”, koje će provoditi nezavisni stručnjaci, stručnjaci iz ELI-BL-a i stručnjaci iz drugog postrojenja ELI-ja, potvrdit će se spremnost za korisnike i izraditi formalna preporuka ISTAC-u i Glavnoj skupštini ELI ERIC-a.

5.3. Načini pristupa za korisnike i načini rada

Način pristupa bit će poznat korisnicima drugih vodećih laserskih i istraživačkih postrojenja. Eksperimenti će se provoditi danima, a u nekim slučajevima i tjednima. Općenito je cilj postrojenja dostupnost od [220 dana godišnje po 8 sati dnevno], što daje ukupan broj od 1 760 sati godišnje.

5.4. Aspekti povezani s operacijama i odnosom između ELI ERIC-a i ELI-BL-a

Iako je ELI ERIC ovlašten upravljati pristupom postrojenju ELI-BL kako ono postaje dostupno, fizički objekt postrojenja u vlasništvu je i, na početku, pod izravnom upravom Instituta za fiziku Češke akademije znanosti, koji ima potpunu autonomiju i pravnu osobnost u Češkoj. Riječ je o „istraživačkoj organizaciji” osnovanoj u svrhu državne pomoći istraživanju i razvoju.

Osim prethodno navedenih važnih tehničkih i znanstvenih ključnih etapa postoje i organizacijske ključne etape povezane s cjelokupnom integracijom ELI-BL-a u ELI ERIC. Te su organizacijske ključne etape navedene u tablici u nastavku i pobliže pojašnjene u Dodatku „Model operativnog upravljanja”.

Tablica 11.

Procjena ključnih organizacijskih etapa ELI-BL-a u razdoblju tranzicije

INTEGRIRANI MODEL ELI-BL-a 2020. 2021. 2022. RUKOVODSTVO X X X ZNANSTVENA POLITIKA X X X PRISTUP ZA KORISNIKE — X X PRORAČUN — X X POLITIKA ZAPOŠLJAVANJA — — X UPRAVLJANJE TEHNOLOGIJOM — — X UPRAVLJANJE LOKACIJOM — — X PRAVNI ODNOSI I ODGOVORNOSTI — X X ADMINISTRACIJA — X X

Češka se obvezuje da će ELI ERIC-u staviti na raspolaganje puni kapacitet postrojenja ELI-BL-a.

U tablici u nastavku navedena je procjena troškova ELI-BL-a za upravljanje postrojenjem povezanih s pristupom za korisnike za ELI ERIC u razdoblju 2020.–2021., odnosno u „prijelaznom razdoblju”. Riječ je o razdoblju u kojem bi nadležnost za upravljanje odgovornostima, sredstvima i imovinom trebala prijeći s Instituta za fiziku Češke akademije znanosti na ELI ERIC.

Tablica 12.

Procjena troškova pristupa za ELI-Beamlines

EUR ELI-BL 2020. 2021. 2022. 2023. 2024. Izravni troškovi osoblja 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Izravni troškovi hardvera 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Izravni troškovi osoblja i hardvera 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Postotak troškova osoblja i hardvera u ukupnim troškovima 51 % 52 % 53 % 53 % Neizravni troškovi 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Ukupni troškovi ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. PROCJENA TROŠKOVA

Da bi se utvrdili uvjeti potrebni za postizanje dugoročne održivosti, potrebno je detaljno navesti troškove i moguće izvore financiranja. Kao što je predviđeno Statutom ELI ERIC-a, opća načela upotrebe postrojenja ELI-ja dokumentirat će se u samostalnoj politici koju odobrava Glavna skupština, a raspodjela doprinosa članova operativnim troškovima utvrđena je u Prilogu II., čime se stvaraju i preduvjeti za izbjegavanje znatne i dugotrajne neravnoteže između upotrebe i novčanih doprinosa/doprinosa u naravi svakog člana.

U nastavku su navedeni osnovni elementi za utvrđivanje troškova koji se mogu grupirati u sljedeće kategorije:

1) izgradnja – izdaci za kapitalna ulaganja (CAPEX) prije operacija;

2) operacije – operativni izdaci (OPEX) stručno ocijenjenog pristupa;

3) buduće nadogradnje – nova ulaganja (CAPEX) potrebna za poboljšanje specifikacija i dostupnih instrumenata kao odgovor na konkurenciju i zahtjeve korisnika.

U tekstu u nastavku naglasak je na aspektima točaka 1. (izgradnja) i 2. (operacije).

6.1. Izgradnja

Ukupno ulaganje (troškovi izgradnje) u postrojenja ELI-ja iznosit će oko 556 milijuna EUR tijekom razdoblja izgradnje kako je detaljno prikazano u tablici 13.

Tablica 13.

Troškovi izgradnje postrojenja ELI-ja

u tisućama EUR STAVKA ELI BL ELI ALPS ELI IZGRADNJA + ZEMLJIŠTE 94 643 88 705 183 348 TEHNOLOGIJA 181 876 105 435 287 311 USLUGE 7 601 9 788 17 389 OSOBLJE 41 206 27 484 68 690 UKUPNO 325 326 231 412 556 738

Te troškove u potpunosti pokrivaju zemlje domaćini putem ESIF-a i nacionalnog financiranja na temelju projekata koje su odobrila i nadzirala nacionalna upravljačka tijela. Približno 25 % uloženo je u zgrade, 65 % u tehnologiju i 10 % u osoblje i usluge. Sa stajališta ELI ERIC-a ti su troškovi nenadoknadivi i neće se uračunati u operativne troškove ELI ERIC-a. Nikakva početna ulaganja ni troškovi izgradnje neće se platiti doprinosima, koji su rezervirani samo za početne operacije, stalne operacije i nadogradnju.

6.2. Operacije

Obveza članova domaćina omogućuje ostalim članovima koji nisu domaćini da definiraju postupni pristup svojim budućim obvezama i postignu dugoročnu održivost ELI ERIC-a na temelju doprinosa članova.

Tablica 14.

Procjena operativnih troškova ELI ERIC-a za postrojenja ELI-ja

EUR Operativni troškovi ELI ERIC-a 2020. 2021. 2022. 2023. 2024. Izravni troškovi osoblja 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Izravni troškovi hardvera 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Neizravni troškovi 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 Ukupno postrojenja ELI-ja 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 Sjedište ELI ERIC-a 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 Ukupno ELI ERIC 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Ulazak članova koji nisu domaćini tijekom razdoblja početnih operacija omogućuje postupno povećavanje doprinosa nakon osnivanja ELI ERIC-a te donošenje odluke o konačnoj razini i obvezama za njihov doprinos ubrzo nakon osnivanja. Rano uključivanje omogućuje potencijalnim članovima da sudjeluju u postavljanju osnovnih pravila za rad postrojenja ELI-ja, uz povećavanje financijskih obveza na početku.

Prethodno su navedeni predviđeni operativni troškovi ELI ERIC-a, prilagođeni po trenutačnim ključnim etapama. Oni vjerojatno predstavljaju gornji procijenjeni iznos troškova pristupa za korisnike u razdoblju početnih operacija, ovisno o tome jesu li postignute ključne etape. Procjene se moraju utvrđivati i pratiti svake godine tijekom razdoblja početnih operacija.

6.3. Buduće nadogradnje

Operativnim troškovima ELI ERIC-a ne uzimaju se u obzir buduće nadogradnje laserskih sustava i postrojenja. Oni pokrivaju tekuće troškove, uključujući rezervne dijelove i održavanje.

Napredni laserski sustavi brzo se razvijaju i općenito se smatra da će za održavanje konkurentnosti biti potreban stalni razvoj. U tu će svrhu uprava ELI ERIC-a predložiti konkretne projekte nadogradnje te će se provesti petogodišnja i desetogodišnja analiza kako bi se razumjeli potencijalni razvoj i povezani troškovi. Organizirat će se posebne kampanje nadogradnje kako bi se obuhvatili zahtjevi i izvori kapitalnih ulaganja.

7. RAZVOJ I CILJEVI

Ekstremna svjetlosna infrastruktura ERIC važno je postignuće, ne samo za lasersku zajednicu u Europi već i za širi europski istraživački prostor. Laserska tehnologija etablirano je polje i polje koje se brzo razvija. Kako se razvija, ono postaje sve relevantnije za znanstvene primjene i već je izrazito važno za europsku konkurentnost.

Ekstremna svjetlosna infrastruktura ERIC donijet će mnogobrojne koristi za društvo u područjima kao što su poboljšano kliničko liječenje raka, biomedicinsko snimanje, nuklearni materijali i obrada otpada. Nadalje, ELI ERIC pomoći će europskoj industriji fotonike i pružiti mogućnosti obrazovanja i osposobljavanja novim znanstvenicima i inženjerima u području fotonike i laserskih istraživanja.

Ekstremna svjetlosna infrastruktura ERIC ključna je za europske inicijative za održavanje konkurentnosti u strateški važnom području laserskih sustava velike snage s kratkim impulsima i u povezanim znanstvenim i inovacijskim poljima. Brz razvoj laserskih tehnologija pokazuje da bi to područje srednjoročno i dugoročno moglo imati snažan disruptivan učinak na postojeće velike znanstvene i industrijske platforme. Kako bi se to i dogodilo, ELI ERIC mora dokazati sposobnost održivog rada.

7.1. Razvoj laserske znanosti i tehnologije

Europa je preuzela vodstvo od Azije i Sjeverne Amerike u području laserskih postrojenja velike snage i istraživačkih centara. Jasno je da su oni uvelike koncentrirani u Europi, ponajviše zahvaljujući samoorganizaciji različitih instituta i zemalja uključenih putem programa Europske unije koji su podržavali to područje i donijeli mu stratešku važnost tijekom nekoliko desetljeća.

Znanstveni uspjeh i entuzijazam na području laserskih sustava velike snage doveli su do povećanja broja europskih postrojenja u posljednjem desetljeću. Iako na taj razvoj utječu brojni čimbenici, on je nesporno rezultat povećanja broja nacionalnih laserskih laboratorija u okviru europske mreže LaserLab Europe, koju financira Europska komisija (www.laserlab-europe.net). Prema podacima s internetskih stranica Konzorcij sad okuplja 33 vodeće organizacije u laserskim interdisciplinarnim istraživanjima iz 16 zemalja, od čega 22 postrojenja nude pristup svojim laboratorijima za istraživanje u Europi i šire.

Slika 4.

Karta svijeta iz 2016. Međunarodnog odbora za ultraintenzivne lasere (ICUIL), koja prikazuje globalni opseg laserskih uređaja klase PW

IZVOR: Dr. C. P. J. (Chris) Barty, Nacionalni laboratorij Lawrence-Livermore.

Rani uspjeh mreže LaserLab Europe omogućuje ELI ERIC-u da nastavi graditi europsku lasersku zajednicu. Osim toga, ELI ERIC stvorit će nove mogućnosti i skrenuti pozornost s druge znanstvene discipline. Na temelju uspjeha nacionalnih laserskih laboratorija razvijeni su stručnost, znanje i provjera koncepta za ELI ERIC. Zajednica korisnika povećala se i došlo je do znatnih ulaganja, čime je podržan i razvoj europskih poduzeća za izgradnju ELI ERIC-a i drugih postrojenja klase PW. Stalna suradnja u zajednici presudna je za kontinuiranu konkurentnost i vodeću ulogu Europe u tom području.

Otkrićem u području pojačanja rastegnutog pulsa (CPA) i kasnije optičkog parametarskog CPA (OPCPA) u sustavima ELI-ja dolazi do skoka vršne snage laserskog impulsa za 6–8 redova veličine, što je četiri reda veličine iznad razine na kojoj je energija titranja elektrona jednaka energiji mase u mirovanju (ili 1 018 W/cm2 elektrona). To nagovještava relativističku interakciju lasera i plazme i subatomski režim, uključujući nuklearnu fiziku i fiziku čestica. Budući razvoj u ELI ERIC-u doista može konkurirati najsnažnijim svjetskim akceleratorima, i to po nižoj cijeni uz tradicionalne tehnike u kojima su potrebni visoki gradijenti ubrzanja u ciljanim primjenama, primjerice u liječenju tumora zračenjem u bolničkom okruženju, gdje su prostor i troškovi vrlo važni.

Kad je riječ o razvoju tehnologije, ELI ERIC će se usmjeriti na kritična područja suradnje koja su utvrdili ELI i vodeći partneri u LaserLabu. Ključni problemi koji su prepreka pouzdanom i ekonomičnom radu sustava i postrojenja klase PW rješavat će se s industrijom. To ne samo da će pozitivno utjecati na europsku industriju u tom području, europski istraživački prostor i mrežu partnera u LaserLabu, već će izravno dovesti do održivog rada postrojenja ELI-ja i osigurati pouzdanost svjetske klase.

Slika 5.

Broj laserskih sustava klase petavat koji se uključuju svake godine, razvrstanih prema kontinentu na kojem se nalaze (*2)

Fizika je jasna, no izazov leži u razvijanju tehnologije. ELI će u suradnji s industrijom i drugim vodećim istraživačkim centrima razviti brojne razvojne tehnologije, posebno optičke komponente sljedeće generacije.

7.2. Organizacijski ciljevi ELI ERIC-a

7.2.1. Uspostava rada

Kombinacija sredstava i usmjerenost na ELI ERIC imat će velik i dugoročan učinak na znanost u tom području i na tehnološki napredak. No prvi je cilj pragmatične i lokalne naravi: istodobno uspostaviti dva postrojenja, spojiti upravljanje njima i učinkovito integrirati resurse.

ELI ERIC, u skladu s Uredbom (EZ) br. 723/2009, istraživačka je infrastruktura „na jednome mjestu” s više mjesta poslovanja u zemljama domaćinima, uz njegovo sjedište. Iako postoje druge znanstvene organizacije s većim brojem lokacija, vrlo je mali broj novih europskih projekata izgrađenih u različitim zemljama koji upotrebljavaju strukturne fondove radi udruživanja u jednu istraživačku infrastrukturu. Osim toga, ne postoje velika laserska postrojenja za korisnike. ELI ERIC trebat će pokrenuti rad tih postrojenja prije nego što se pozabavi širim interesima. Riječ je o tehničkom, ali i o upravljačkom izazovu.

7.2.2. Uspostava suradnje

Drugi je cilj identificirati mogućnosti za tehničke sinergije u vodećim europskim centrima za lasere velike snage s kratkim impulsima. U prošlosti su laseri velike snage klase PW stvarali poteškoće u radu u korisničkom okruženju, a problemi su bili povezani s pouzdanošću i skupom zamjenom komponenata. Samo postrojenja ELI-ja zajedno će imati više od 30 PW snage.

S partnerima u nacionalnim postrojenjima u Francuskoj, Njemačkoj, Španjolskoj, Ujedinjenoj Kraljevini i Italiji (članice mreže LaserLab Europe), ELI ERIC okupit će dosad najveću koncentraciju najnaprednijih laserskih postrojenja velike snage s kratkim impulsima. To se ne može usporediti s dosadašnjim razvojem jer se nastoji uspostaviti suradnja bez presedana kako bi se identificirale komponente i postupci koji koče rad lasera klase PW te utvrdila rješenja i standardni pristupi operacijama.

Očekuje se da zajedničkim radom i u suradnji s industrijom postrojenja u nekim slučajevima mogu smanjiti troškove rada i do 30 %, a korisnicima povećati dostupnost perioda zračenja do 90 %. To nudi priliku za ostvarenje jedinstvenih ekonomija razmjera i opsega te omogućuje znatan tehnološki napredak u kratkom vremenskom razdoblju. Takav napredak odjeknut će u cijeloj laserskoj industriji.

7.2.3. Izgradnja ugleda

Treći je cilj znanstveno dokazati performanse i potencijal sustava ELI ERIC-a u ranoj operativnoj fazi znanstvenog programa. Na temelju iskustva drugih partnerskih postrojenja, postrojenja ELI-ja nastojat će da do 2021. bude dostupno 80 % procijenjenih korisničkih sati te da operativno bude 90 % njihovih primarnih laserskih sustava pretežno visoke do srednje frekvencije ponavljanja.

Za usporedbu, najsuvremenija tehnologija za lasere klase PW omogućuje nekoliko snimaka na sat, a ELI ERIC i neka partnerska postrojenja nastojat će raditi na hercnim i višehercnim brzinama. To je još dojmljivije zbog toga što ELI ERIC u nekim slučajevima upravlja vodećim svjetskim laserima u smislu performansi. Rani pozivi omogućit će eksperimente na tim većim frekvencijama ponavljanja uz zajednički razvoj i postizanje ciljeva za korisnike.

Ti eksperimenti ne samo da će dovesti do revolucionarnih otkrića, nego će i omogućiti rekordne performanse sekundarnih izvora, poput ubrzanja polja sustrujanja do gigaelektronvolti. Takvi revolucionarni, kontrolirani eksperimenti, u ranoj fazi životnog ciklusa postrojenja, u kombinaciji s opsežnim aktivnostima informiranja i širenja rezultata, generirat će snažan interes za ELI ERIC i lasersku znanost općenito. To će utjecati na cjelokupnu znanost o laserima u Europi i svijetu i dovesti do mnogih praktičnih primjena poput naprednog liječenja raka i transformacije opasnog nuklearnog otpada. Namjera je pokazati taj potencijal i stvoriti snažan i održiv temelj za podršku ELI ERIC-u i cjelokupnoj znanosti o laserima u Europi.

7.2.4. Pokretanje inovacija

Učinak ELI ERIC-a na inovacije i tehnologiju laserske industrije neće prestati s krajem faze izgradnje. Trenutačni je izazov za operativnu fazu održivi tehnološki razvoj. ELI će uspostaviti dugoročne odnose s industrijskim partnerima radi rješavanja problema nabave ključnih komponenata i kontinuiranog tehnološkog razvoja s naglaskom na održivosti poslovanja.

Kad je riječ o odnosu s industrijom, jedan od izazova bit će pokretanje dijaloga s dobavljačima radi utvrđivanja ograničenja u poboljšanju proizvoda ili postupcima ublažavanja rizika (velika dostupnost rezervnih dijelova, više dobavljača itd.), posebno u kontekstu dugoročnog održivog rada postrojenja ELI-ja.

Tehnološki razvoj vođen zahtjevima ELI ERIC-a nastavit će se tijekom operativne faze. Slijedi nekoliko primjera:

— ključne optičke komponente za lasere velike snage/frekvencije ponavljanja. Potrebno je dodatno razvijati optiku prijenosa i fokusiranja, kao i difrakcijske rešetke i aktivne materijale, kako bi pri velikom broju snimaka izdržavali impulse visoke energije i velike vršne snage pri velikim promjerima snopa,

— mjeriteljstvo kratkih impulsa i velikih snopova. Disruptivna rješenja za mjerenje performansi sustava pri kratkim impulsima i velikim snopovima neophodna su kako bi se omogućilo razumijevanje jedinstvenih znanstvenih rezultata koji će se postići u postrojenjima ELI-ja,

— potpuna kontrola za složene sustave. Eksperimentalni sustavi moraju jamčiti performanse i nesmetan rad. Potrebni su inteligentni i potpuno povezani kontrolni sustavi.

Postrojenja ELI-ja bit će usmjerena na suradnju s industrijskim partnerima koji inovativnim rješenjima mogu disruptivno utjecati na postojeću tehnologiju. Sadržaj inovacija neće se usmjeriti samo na kratkoročni tehnički aspekt, nego i na pitanje dugoročne održivosti rješenja kako bi se ELI ERIC-u zajamčile najbolje performanse, najduže neprekidno pružanje usluge i najučinkovitija kontrola nad troškovima održavanja. Jedinstveni znanstveni rezultati ELI ERIC-a dugoročno će se temeljiti na najodrživijim tehnološkim rješenjima lasera velike snage.

7.2.5. Učinak u zemljama domaćinima

Ključni je razlog za ulaganje i osnivanje sjedišta ELI ERIC-a u zemljama srednje Europe stvaranje učinka na regije preko istraživačkog i tehnološkog centra visoke vrijednosti. Postoji više studija drugih istraživačkih instituta, koje pokazuju da se znatan dio učinka ulaganja i inovacija odvijaju unutar 100 km od postrojenja, što pokazuje da je blizina važna. Neki su od očekivanih učinaka sljedeći:

— izravni učinak ulaganja – očekuje se da će domaćini od drugih članova primiti sredstva za 50–80 % operativnih troškova, što znači da bi ulaganje trebalo imati izravan učinak na lokalno gospodarstvo. ELI će pratiti te učinke i izvješćivati o njima. Očekuje se da će se najmanje 50 % tih sredstava potrošiti unutar lokalne regije, što utječe na dva različita srednjoeuropska područja,

— veće mogućnosti za nacionalne/lokalne istraživače – postrojenja ELI-ja nalaze se u gradovima sa sveučilištima (Prag, Segedin). Svako od tih sveučilišta, svjesno razvoja događaja u ELI ERIC-u, uključilo je studente i članove akademske zajednice u programe kako bi se iskoristila blizina. U tom kontekstu u okviru projekta provode se posebne aktivnosti usmjerene su na dopiranje do lokalnih istraživača pa se očekuje da će u roku od deset godina od uspostave ELI ERIC-a svaka zemlja imati vodeće istraživače u tom području,

— veće inovacijske mogućnosti za lokalnu industriju – osim prethodno opisanih učinaka izravnih ulaganja, blizina postrojenja potaknut će inovacije na najmanje dva mjerljiva načina. Prvo, sposobna industrija uvidjet će priliku i proaktivno pristupiti postrojenju kako bi mu prodavala proizvode ili pokušala razumjeti kako svoju ponudu prilagoditi tom postrojenju. U okviru događanja za informiranje industrije timovi za nabavu i kontakt s industrijom pomoći će olakšati razmjenu informacija o postrojenjima. Usto, u nekim područjima lokalni dobavljač iz strateških razloga može biti od koristi za postrojenje. To može biti uzrokovano niskom cijenom na području, ali vjerojatnije je uzrokovano blizinom i lakim pristupom dobavljačima radi prilagodbe tehničkih rješenja.

8. KLJUČNI RIZICI

8.1. Analiza rizika

Tablica 15.

Procjena rizika na visokoj razini za uspostavu postrojenja ELI ERIC-a

Mogući rizik Vjerojatnost niska 1–5 visoka Učinak nizak 1–5 visok Prevencija/ublažavanje Privlačenje osoblja i konkurentne naknade – postoji rizik da će ELI ERIC-u biti teško privući „vodeće svjetske” stručnjake da se pridruže osoblju. 4 5 aktivno zapošljavanje, honorarni ugovori, istraživačke mogućnosti, inicijative za kvalitetu života Tehnički rizik od nepridržavanja ključnih parametara – rizik da ELI neće ostvariti neke ključne parametre performansi što može spriječiti neke eksperimentalne mogućnosti. 3 3 planiranje i dijalog sa zajednicom korisnika i ISTAC-om radi upravljanja očekivanjima i određivanja alternativnih eksperimentalnih prioriteta Eskalacija plaća u prvih pet godina – plaće u ELI ERIC-u znatno će se povećati, približno 5–10 % godišnje zbog lokalne dinamike tržišta rada. 5 3 planiranje i dijalog s osobljem radi utvrđivanja očekivanja Zastarjelost opreme/komponenata – tehnologija laserskih sustava brzo će se razviti u nadolazećoj godini, a postoji rizik da ELI ne bude konkurentan ako nema stalnih kapitalnih izdataka. 3 4 planiranje u obliku tehnološkog plana djelovanja; traženje dodatnog financiranja Loša početna korisnička iskustva – šteta na početku zbog: a) lošeg rada postrojenja b) osoblja koje ne pruža podršku ili c) lošeg upravljanja komunikacijom/očekivanjima. To može dovesti do širenja lošeg glasa širi među istraživačima i vrlo sporog prihvaćanja usluga. 3–4 4–5 bliska suradnja s „prijateljskim korisnicima” na početku, ankete među korisnicima, planiranje da „koordinatori za korisnike” nude usluge „pomoćnika” Neuspješno integriranje postrojenja ELI-ja – zbog problema s upravljanjem/rukovodstvom organizacijsko spajanje kasni ili ne uspijeva. To dovodi do povećanih troškova, šteti integritetu i ugledu ELI-ERIC-a. 2 5 pomno praćenje upravljanja, podržano „upravljanje promjenama” na visokoj razini i radionice osposobljavanja, namjenski resursi i razumna vremenska očekivanja

(1) Uredba Vijeća (EZ) br. 723/2009 od 25. lipnja 2009. o pravnom okviru Zajednice za Konzorcij europskih istraživačkih infrastruktura (ERIC) (SL L 206, 8.8.2009., str. 1.).

(*1) CPA i tehnologija lasera u čvrstom stanju pomakle su postojeći vršni intenzitet izvan raspona od 1022 W/cm2. ELI ERIC to će povećati za više od jednog reda veličine. Prikazan je i eksperiment SLAC E144 (plava točka), u kojem je postignut visoki intenzitet poticanjem interakcije između lasera i materije u relativistički okvir. Vodoravne linije označavaju intenzitet ponderomotivne energije (titranje) Up elektrona pri 800 nm (titanij-safirni laser) jednak jednoj atomskoj jedinici; i da Up bude jednak masi elektrona u mirovanju; ili da je konačan cilj Schwingerova intenziteta Y = 1, pri čemu vakuum postaje nestabilan, a svjetlo se pretvara u materiju. Izvor: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Grafikon uključuje operativne objekte i objekte u izgradnji. IZVOR: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.