I. MELLÉKLET

MŰSZAKI ÉS TUDOMÁNYOS LEÍRÁS

1. A DOKUMENTUM CÉLJA ÉS HATÓKÖRE

E dokumentum ismerteti az Extrém Fényforrás/Szuperlézer Infrastruktúra ERIC (ELI ERIC) által a kutatóknak biztosított tudományos célt és műszaki rendszereket. Itt kerülnek bemutatásra a fogadó országok által az ELI ERIC rendelkezésére bocsátott létesítmények konkrét vonatkozásai. E dokumentum alapvető szerepet játszik az ELI ERIC „működés” hatókörének és meghatározásának tisztázásában.

A dokumentum felsorolja az ELI ERIC tudományos célkitűzéseit és célját. Amennyiben szükséges, bizonyos esetekben hivatkozik az építkezés előtti elsődleges műszaki ELI dokumentumra, az ELI „fehér könyvre”. Egyértelmű ugyan, hogy az ebben a fontos dokumentumban az ELI jövőképéhez ismertetett szempontok változatlanok, ám a dokumentum célja és az ELI ERIC létrehozása miatt csak az alapító ERIC fogadó tagok által felajánlott műszaki leírások kerülnek bemutatásra.

Az aktuális tudományos hatókör mellett az ELI létesítmények műszaki vonatkozásait is összefoglalja. Jelzi továbbá a költségvetési és ütemtervi elemeket a működés indulásakor. Ez az információ az ELI ERIC alapszabályra, különösen annak 22. cikkére (Kötelezettségvállalások és erőforrások) való utalás, valamint az ELI ERIC és a létesítménytulajdonosok (fogadó intézmények) közötti, az ELI létesítményeknek a felhasználói közösség rendelkezésére bocsátásáról szóló megállapodások alapja. Mint ilyen, e dokumentum az ELI ERIC alapszabályzat szerves részét képezi az ELI ERIC kezdeti kialakítása idején, valamint alapvető referenciaként szolgál a létesítmények hatóköréhez és küldetéséhez.

2. BEVEZETÉS ÉS HÁTTÉR

Az Extrém Fényforrás/Szuperlézer Infrastruktúra ERIC olyan nemzetközi lézerlétesítmény, amelynek célja új interdiszciplináris kutatási lehetőségek fejlesztése a jelenleg elérhető legnagyobb teljesítményű lézerforrásból származó és kutatási célokra szánt extrém fényforrás felhasználásával. E lézerek és a belőlük származó másodlagos sugárzás példa nélküli felfedezéseket tesznek lehetővé a tudományágak széles körében, valamint a társadalmi szempontból fontos alkalmazások terén.

Az ELI ERIC a 723/2009/EK tanácsi rendelettel (1) összhangban olyan kutatási infrastruktúra, amelyet egy helyszínre telepítettek, de a székhelyen kívül számos helyen működik a fogadó tagállamokban. Az ELI létesítmények két helyszínen találhatók, a Cseh Köztársaságban és Magyarországon. Ezek egy nemzetközi tudományos felhasználói közösség rendelkezésére vannak bocsátva.

2018-ban fizikai Nobel-díjat kapott Gérard Mourou és Donna Strickland a fázismodulált impulzuserősítési sémán (CPA) alapuló lézertechnológia terén végzett munkáért. E Nobel-díj az ELI szempontjából több ok miatt is különleges, mivel épp időben helyezi reflektorfénybe az extrém lézerfény lehetőségét alátámasztó technológiát. Az ELI létesítményekben a CPA technikával példa nélküli csúcsteljesítményszintek válnak elérhetővé (lásd 1. ábra), különféle alkalmazásoknak utat nyitva az alaptudományokban és a társadalom javára.

Az ELI ERIC konkrét célja két „Nagy kihívás” megoldása, amelyeket eredetileg az ELI fehér könyv tartalmazott és továbbra is érvényes, az alábbiak fejlesztéséhez:

— Nagyenergiájú nyaláb létesítmény és röntgensugarak: ultrarövid energiarészecskék (> 10 GeV) és sugárnyalábok (max. néhány MeV) előállítása kompakt lézerplazma-gyorsítókban.

— Attoszekundumos tudomány: attoszekundumos időskálán készített pillanatfelvételek az atomok, molekulák, plazmák és szilárdtestek elektrondinamikájáról.

Különösen:

— Az ELI-Beamlines, Dolní Břežany (Prága mellett), Cseh Köztársaság, a rövid impulzusidejű másodlagos sugárforrások és részecskék fejlesztésére és azok multidiszciplináris alkalmazásaira fókuszál a biogyógyászat, molekuláris és anyagtudományok, a sűrű plazmák és meleg sűrű anyagok fizikája és a laboratóriumi asztrofizika terén. A létesítmény emellett a nagy energiájú, nagy ismétlési frekvenciájú lézereivel körülbelül 1023 W/cm2 fókuszált intenzitás mellett végzett nagy térerősségű fizikai kísérletekkel egzotikus plazmafizikát és nemlineáris QED hatásokat vizsgál. — Az ELI Attoszekundumos Fényimpulzus Forrás (ELI-ALPS), Szeged, Magyarország, egyedülálló létesítménye THz (1012 Hz) és röntgensugárzás (1018 - 1019 Hz) közötti frekvenciatartományban biztosít ultrarövid impulzusokat szolgáltató, nagy ismétlési frekvenciájú fényforrásokat. Az ELI-ALPS attoszekundumos időskálán (10–18 s) készített pillanatfelvételek útján fogja vizsgálni az atomok, molekulák, plazmák és szilárdtestek rendkívül gyors dinamikáját. Emellett ultranagy intenzitású lézerekkel is végez majd kutatásokat.

Az ELI létesítmények a jelenleg elérhető legnagyobb teljesítményű és legrövidebb impulzusú rendszereket tudják biztosítani. Pontosabban az ELI lesz az első olyan infrastruktúra, amely a lézer-anyag kölcsönhatás fundamentális vizsgálatát az ultra-relativisztikus tartományban (I > 1024 W/cm2) végzi. A létesítmények már tesztelik a femtoszekundum (10–15 s) és attoszekundum (10–18 s) közötti időtartamú energiarészecskéket és sugárnyalábokat szállító innovatív, nagyon kompakt nyalábvonalak új generációját.

Ilyen széles skálájú kutatási tevékenységek mellett az ELI létesítmények közép- és hosszú távon várhatóan jelentős társadalmi előnyökkel és innovációs hajtóerővel szolgálnak majd, ideértve a jobb onkológiai kezelést (ionsugárnyalábok), a gyógyászati és biogyógyászati képalkotást, az újgenerációs fotonikát, valamint a nukleáris hulladékok transzmutációs kezelésére szolgáló új módszerek fejlesztését.

Az ELI létesítmények területe két helyszínen csaknem 54 000 m2, amelyen akár 600 tudós, mérnök, technikus és kisegítő munkatárs is dolgozhat.

1. ábra

A legnagyobb fókuszált intenzitások idővonala (*1)

Az ELI „fehér könyv” 2011. évi eredeti változatában a létesítményhez leírt jövőkép – amely kitolja az „extrém fény” és lézertechnológia határait – minden eddiginél relevánsabb:

„A jelenlegi nagyteljesítményű lézerrendszerek top specifikációira jellemző egy és két petawatt (PW) közötti, rendkívül alacsony (Hz alatti) ismétlődési frekvencia melletti csúcsteljesítmény immár több mint egy [most már két] évtizede változatlan. A nagyteljesítményű rendszerek többsége azonban még mindig 100 TW szinten van. Az ELI és annak korábbi nemzeti projektjei, pl. ILE és Vulcan-10PW a különálló lézerek (modulok) csúcsteljesítményét sokkal nagyobb ismétlődési frekvencia mellett viszik majd fel a 10 PW vagy többszörös 10 PW tartományba, ami mindkét paraméternél egy nagyságrend feletti javulást jelent.”

E jövőkép utat nyit a még nagyobb teljesítményű olyan kombinált és koherens 100 PW lézerrendszerek felé, amelyeket a jövő ELI létesítményei valósítanak majd meg a legelőször ELI létesítményekben alkalmazott technológiákra alapozva. E rendszerekkel új típusú kölcsönhatás jelenik meg, amellyel először lehet az atomfizikán túllépni és a magfizikához, részecskefizikához (nagy energiájú fizikához) és asztrofizikához tartozó, hagyományosan nagyenergiájú részecskegyorsítókkal tanulmányozott anyagrétegeket vizsgálni. Az ELI várhatóan teljesen új megközelítést hoz a fundamentális fizika vizsgálatába. Az ELI lényegét jelentő ultra-relativisztikus intenzitású lézer eredményei a következők:

— legerősebb elektromágneses tér,

— lehetőség arra, hogy a fény relativisztikus sebességgel anyagot, elektronokat és ionokat szállítson,

— koherens és inkoherens nagyenergiájú sugárzás generálása, X vagy γ ,

— lehetőség a jelenleg lehetségesnél sokkal rövidebb, akár az attoszekundumos tartománynál is rövidebb impulzusok előállítására.

E négy jellemző önmagában vagy kombinálva az erőteljes szerkezeti dinamikai eszközök új készletét kínálja.

3. AZ EXTRÉM FÉNYFORRÁS/SZUPERLÉZER INFRASTRUKTÚRA ERIC-HEZ TARTOZÓ ELI LÉTESÍTMÉNYEK

Az ELI ERIC alapszabály 2. cikke (2) bekezdésének a) pontja, az ELI ERIC alapszabály 6. cikkében meghatározott ELI ERIC felhasználói hozzáférési politika, valamint a Kutatási Infrastruktúrákhoz való Hozzáférésről szóló Európai Charta (2) alapján a tagországokon belüli és kívüli felhasználók versenyalapú, nemzetközi és nyitott hozzáférést kapnak az ELI létesítményekhez. A „felhasználói hozzáférést” szakmai vizsgálatnak kell alávetni. Az egységes pályázati felhívásra válaszoló felhasználók számára az ELI ERIC integrált módon biztosít közös hozzáférési pontot, ideértve az ELI létesítmények teljes elérhető kapacitását.

Tudományos szempontból a „nyitott” hozzáférés azt jelenti, hogy az ELI létesítmények nyitottak a tagországok, valamint a nem tagországok potenciális kutatói előtt. A versenyalapú és „nyitott” ajánlatok egyúttal azt jelentik, hogy az adatokat és az adatok publikációkban való esetleges felhasználását bárki elérheti és vizsgálhatja.

A „nyitott” mellett létezik „tulajdonosi” hozzáférés is, amelyért fizet a felhasználó, így az adatok formájában kapott eredmények a felhasználó tulajdonát képezhetik és „zártak” lehetnek.

Végezetül, küldetésalapú célkitűzésekhez kapcsolódó hozzáférésre is lehetőség lesz. Ide tartozhatnak a konkrét tudományágakban végzett tematikus kutatások és akár az innovációs és beszerzési együttműködést érintő technológiafejlesztések is. A kapacitással kapcsolatos oktatás és képzés a Tagok és az Európai Kutatási Térség prioritása, de akár a Tagokon túl is terjedhet.

A fogadó tagok hozzájárulásuk részeként vállalják, hogy az ELI létesítményeket az ELI ERIC rendelkezésére bocsátják. Ez a fogadók által végzett költségmentes hozzájárulás közérdeket szolgál, és az építés beruházási költségei nincsenek amortizáció vagy faktorálás útján beépítve a működési költségekbe. A rendelkezésre állás koncepciója nem igényli, foglalja magában vagy zárja ki a létesítmények tulajdonjogának teljes vagy részleges átruházását. E sajátos összefüggésben a rendelkezésre állás ELI ERIC és a fogadó tagok között egyeztetett meghatározása teljes elérést, ellenőrzést és felelősséget jelent az adott létesítmények vonatkozásában. Ezt jogilag szabályozzák az ELI ERIC, a fogadó tag és adott esetben az ELI létesítmények tulajdonosai között létrejött konkrét létesítményüzemeltetési megállapodások.

E megállapodások az üzemeltetésre, támogatásra és irányításra vonatkoznak, a jogalap megteremtéséhez pedig közvetlenül az ELI ERIC alapszabályra hivatkoznak. Figyelembe kell venniük a már meglévő vállalásokat, kötelezettségeket és kötelmeket, ideértve az európai strukturális és beruházási alapok („esb-alapok”) végrehajtási projektjeiben meghatározottakat. A megállapodások további tárgyalása az ELI ERIC igazgatási működési modellben található, és kétféle rendelkezésreállási mérföldkövet tartalmaznak:

— Műszaki mérföldkövek – az alábbiak szerint, nevezetesen a független szakértőket magában foglaló felülvizsgálati testület által ajánlott és az ELI ERIC közgyűlése által jóváhagyott, működő- és használatképes egyedi műszeregyüttesek és kísérleti állomások;

— Szervezeti mérföldkövek – a szervezeti mérföldkövek minden egyes ELI létesítménynél külön kerülnek meghatározásra.

E megközelítésnek összhangban kell állnia az ELI ERIC alapszabályban foglalt céllal, miszerint a működés egyetlen jogi személyként, a fejlődés pedig más vezető kutatási infrastruktúrákhoz hasonló irányban, azaz egyetlen integrált szervezet és irányítás felé történik, az ELI ERIC alapszabály 3. cikke (1) bekezdésének meghatározása szerint.

Az alábbi szakaszok részletesen ismertetik az egyes ELI létesítményeket és meghatározzák azok alapvető tudományos és műszaki jellegét is. Ez fontos alapját képezi az ELI létesítmények hozzáférhetővé tételére irányuló fenti megközelítésnek. Ismertetésre kerül továbbá az egyes létesítmények „felhasználói hozzáférést” célzó rendelkezésre állásának időzítése és annak a jövőbeni működés első három évére becsült költsége, ideértve az „állandósult állapotú működés” első két évét is. Az alábbi szakaszok röviden ismertetik az egyes ELI létesítmények aktuális jogállását és azt, hogy ez miként befolyásolhatja az ELI ERIC jövőbeni elérhetőségét.

4. ELI ATTOSZEKUNDUMOS FÉNYIMPULZUS FORRÁS (ELI-ALPS)

Az ELI Attoszekundumos Fényimpulzus Forrás (ELI-ALPS) létesítmény (Szeged, Magyarország) az ELI ERIC-en belül olyan sugár- és részecskeforrások széles skáláját bocsátja a nemzetközi közösség rendelkezésére, amelyek specifikáció szerinti megbízhatósággal és kiszámítható módon biztosítanak ultrarövid energiaimpulzusokat és koherens sugárzást az attoszekundumos (10–18 s) időtartományban. Ez az egyetlen helyszínen található, 24 000 négyzetméternél nagyobb területű zöldmezős létesítmény várhatóan mintegy 200 munkatársat foglalkoztat majd.

Az ELI-ALPS létesítmény tulajdonosa és építője jelenleg az ELI-HU Non-Profit Kft. (ELI-HU) nevű független, állami nonprofit vállalat, amelynek 90 %-a a magyar állam és 10 %-a helyi érdekeltek tulajdonában van. Az ELI-HU teljes önállósággal és jogi személyiséggel rendelkezik Magyarországon.

4.1. Műszaki felépítés és források

Az ELI-ALPS szegedi kutatói létesítmény elsődleges küldetése az, hogy ultrarövid fényforrások széles skáláját tegye elérhetővé a nemzetközi tudományos közösség felhasználói csoportjai számára. Az infrastruktúra komoly kutatási kezdeményezését jelentik az attoszekundumos impulzusú, koherens extrém-ultraibolya (XUV) és röntgen sugárzást kibocsátó lézermeghajtású másodlagos források. Másodlagos célként a létesítmény hozzájárul a nagy csúcsintenzitású és nagy átlagteljesítményű lézerekhez szükséges tudományos és technológiai fejlesztésekhez.

1. táblázat

Az ELI-ALPS lézerforrások tervezett teljesítményparaméterei

ELSŐDLEGES LÉZERFORRÁSOK Csúcsteljesítmény Átlagteljesítmény Impulzusenergia Impulzusidő Ismétlési frekvencia ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 ciklus < 1,9 ciklus 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 ciklus (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 ciklus (< 42 fs) 100 kHz MIR HE tervezett korszerűsítés ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ @ 3 μm ~ 20 mJ @ 1,5 μm ~ 3 ciklus (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 ciklus (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 tervezett korszerűsítés ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 ciklus (~ 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 Hz

A tudományos kutatás és ipari alkalmazások terén az ELI-ALPS infrastruktúra az elsődleges lézerimpulzusok mellett szinkronizált másodlagos fény- és részecskeimpulzusok lenyűgöző választékát is biztosítja a felhasználóknak. A forrásparaméterek kiemelkedő jellemzői közé tartoznak:

— Figyelemre méltó, 10 Hz–100 kHz ismétlési frekvenciájú, néhány fényciklusnyi időtartamú impulzusok a terahertz/infravörös tartománytól a petahertz/ultraibolya tartományig.

— Attoszekundumos extrém-ultraibolya, lágy röntgen- és kemény röntgenimpulzusok 10 Hz–100 kHz ismétlési frekvenciával, néhány J–mJ impulzusenergiákkal.

— Femtoszekundumos időtartamú, relativisztikus és ultra-relativisztikus részecske- és térben koherens röntgensugár-források.

— Ultra-relativisztikus, ultranagy kontrasztú, változtatható alakú impulzusok akár néhány Hz-es és kHz-es ismétlési frekvenciával.

Párhuzamos küldetésként az ELI-ALPS hozzájárul – a másik ELI létesítménnyel együtt – a nagy csúcsteljesítményű és nagy átlagteljesítményű lézerek technológiai fejlesztéséhez, különösen attotudományos és kapcsolódó alkalmazások céljából. Az ugyanabban a létesítményben megtalálható attoszekundumos impulzusok és legkorszerűbb, köztük PW osztályú lézerek az anyag mind a négy fázisánál egyedülálló időfelbontásos lehetőséget adnak úgy a relativisztikus, mint a nemrelativisztikus fény kölcsönhatások vizsgálatához.

Az ELI-ALPS létesítmény külön figyelmet fordít az ipari alkalmazások átgyűrűző hatásokkal történő szimulálására, figyelembe véve a jövőben nagy tudományos parknak helyet adó környező területre esetlegesen gyakorolt erős hatásokat is.

2. táblázat

Az ELI-ALPS lézerforrások mérföldkövei

AZ ELI-ALPS LÉZERFORRÁSOK RENDELKEZÉSRE ÁLLÁSA ÜZEMBE HELYEZÉS KEZDETE FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS HR1 2017.10 Rendelkezésre áll (0,8 mJ, < 1,9 ciklus) 2021.11 (teljes specifikáció) HR2 2021.3 2021.5 MIR 2017.10 Rendelkezésre áll MIR HE – TERVEZETT KORSZERŰSÍTÉS 2022.10 2023.1 SYLOS2 2019.3 Rendelkezésre áll SYLOS3 – TERVEZETT KORSZERŰSÍTÉS 2022.10 2023.1 SYLOS EXP ALIGNMENT 2018.12 Rendelkezésre áll HF PW 2018.5 2021.10 THZ PUMPA 2021.1 2021.3

4.2. Kísérleti állomások

2. ábra

Az ELI-ALPS kísérleti állomások elrendezése

Az ELI-ALPS a számos legújabb, ultrarövid, nagy intenzitású lézerimpulzus mellé élvonalbeli másodlagos forrásokat és korszerű felhasználói fogadóállomásokat kínál, amelyek együttese kiváló környezetet biztosít az alap és alkalmazott tudományos kutatásokhoz. Van néhány terület, ahol az ELI-ALPS már a kezdetektől világelső lesz:

— Vegyérték- és magelektron tudomány – Kis rendszerekben a vegyérték- és magelektronok dinamikája egyénileg figyelhető és ellenőrizhető attoszekundumos impulzus kölcsönhatásokkal.

— Ultragyors szerkezeti dinamika és korrelációs hatások láthatóvá tétele – A források ultragyors impulzusokkal és rövid hullámhosszokkal való kombinálása útján láthatóvá tehető a töltésdinamika komplex és (erős) korrelációt mutató rendszerekben.

— Felületek és kondenzált anyagok ultragyors dinamikája – A legkorszerűbb, nagy ismétlési frekvenciájú, attoszekundumos források és a kifinomult NanoEsca felhasználói fogadóállomások egyedülálló lehetőségeket nyitnak a felületek és kondenzált anyagok tudománya terén.

— Plazma attotudomány – Kiváló térbeli és időbeli kontrasztú, relativisztikus, néhány ciklusú impulzusok és PW impulzusok útján alciklus emissziós folyamatok tanulmányozása, optimalizálása és alkalmazása relativisztikus felületi dinamika, relativisztikus impulzus alakformálás, sugárbiológia stb. vizsgálatához.

— THz sugárzás kutatás – A 0,1–2 THz frekvenciatartományban nagy intenzitású, ultrarövid THz források állnak majd rendelkezésre példa nélküli (akár 5 MV/cm) csúcsértékű elektromos térerősség és 1 mJ impulzusenergia mellett.

A létesítményt az ELI nagy ismétlési frekvenciájú, a röntgentől az infravörösön át a THz-ig terjedő elektromágneses spektrumot lefedő sugárforrásainak egyedi kombinációja teszi nagyon vonzóvá a komplex, alkalmazott rendszerek kutatásához. Az alkalmazott kutatások közé tartoznak az újfajta attoszekundumos források, az új részecskeforrások, a nanotechnológia, a kulturális örökség, a biológiai képalkotás és az olyan biogyógyászati alkalmazások, mint a fejlett fáziskontraszt tomográfia és a multidimenziós spektroszkópia.

3. táblázat

Az ELI-ALPS másodlagos források mérföldkövei

ELI-ALPS MÁSODLAGOS FORRÁSOK ÜZEMBE HELYEZÉS KEZDETE FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS GHHG HR1 & 2 GAS (LTA4) 2018.8 2021.12 (HR1) 2021.7 (HR2) GHHG HR1 & 2 CONDENSED (LTA3) 2020.10 2021.12 (HR1) 2021.7 (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) 2020.3 2021.7 GHHG SYLOS LONG (LTA1) 2021.1 2022.2 SHHG SYLOS (MTA) 2021.11 2023.1 SHHG HF (HTA) 2022.6 2023.1 MIR HE GENERATED ATTO – TERVEZETT KORSZERŰSÍTÉS 2023.1 2023.4 THZ SPEKTROSZKÓPIA (THZ) 2019.10 2020.2 THZ NAGY ENERGIA (THZ) 2021.7 2021.12 ELEKTRON – SYLOS (MTA) 2021.12 2022.4 ELEKTRON PW – TERVEZETT KORSZERŰSÍTÉS (HTA) 2023.1 2023.4 ION BEAMLINE – POTENCIÁLIS KORSZERŰSÍTÉS 2023.9 2024.12





4. táblázat

Az ELI-ALPS kísérleti állomások források mérföldkövei

ELI-ALPS KÍSÉRLETI ÁLLOMÁSOK ÜZEMBE HELYEZÉS KEZDETE FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS REAKCIÓ MIKROSZKÓP 2021.6 2021.9 VMI SPEKTROMÉTER FOGADÓÁLLOMÁS 2020.8 2020.10 KONDENZÁLT ANYAGOK ÁLLOMÁSA (NANOESCA) 2019.12 2020.6 (különálló) 2021.7 (attoszekundumos) MÁGNESES PALACK ELEKTRONSPEKTROMÉTER 2021.4 2021.12 NANOTUDOMÁNY ÉS NANOGYÁRTÁS 2018.6 2019.12 BETATRON KÉPALKOTÁS – TERVEZETT KORSZERŰSÍTÉS 2023.4 2023.12 KÉMIAI REAKCIÓ VEZÉRLŐÁLLOMÁS 2020.6 2020.8 FOLYADÉKSUGÁR FOGADÓÁLLOMÁS 2022.4 2022.8 MULTIDIMENZIÓS SPEKTROSZKÓPIA (FEMTOBIOLÓGIA) – TERVEZETT KORSZERŰSÍTÉS 2021.8 2021.12 NAGY TÉRERŐSSÉGŰ FIZIKAI ÁLLOMÁS (PW CÉLTERÜLET) 2022.12 2023.2 SUGÁRBIOLÓGIA / BIOGYÓGYÁSZAT 2018.8 2020.2

A fenti táblázatban szereplő állomások várhatóan az elkövetkező években állnak majd az ELI ERIC rendelkezésére a „felhasználói hozzáférés” részeként. Az ELI ERIC szempontjából ezek az ELI-ALPS és Magyarország, mint fogadó ország kritikus műszaki mérföldkövei. Az állomások rendelkezésre állása különböző időpontokban várható. Az utolsó kísérleti állomás felhasználói hozzáférést célzó megnyitása után a létesítményt „állandósult állapotú működés” módban lévőnek kell tekinteni. Ezen túlmenően a fenti táblázat feltünteti az ELI ERIC általi jövőbeni felülvizsgálat tárgyát képező létesítmény tervezett korszerűsítéseit.

Az elsődleges lézer- és gyorsítóforrások üzembe helyezésének megkezdésekor a korai felhasználói csoportok segítik majd a források jellemzését és a kísérleti állomások építésének véglegesítését. E tevékenységek irányítása és kezdeményezése közvetlenül az ELI-ALPS-on keresztül történik. Amint az első lézerek (MIR, HR1) 2017 végén üzembe álltak, azóta az első nemzetközi üzembehelyezési csoportok (FORTH (Görögország), ETH (Zürich), CEA (Franciaország), Héber Egyetem, Freiburgi Egyetem, Aarhusi Egyetem, Limoges-i Egyetem, MPQ Garching, Friedrich Schiller Egyetem (Jéna), Gwangju Tudományos és Technológiai Intézet (Dél-Korea), Wigner Kutatóközpont, (Magyarország)) folyamatos üzembehelyezési segítségnyújtást kapnak.

Amikor megtörténik az egyes kísérleti állomások üzembe helyezése és elindítása – működő elsődleges és/vagy másodlagos forrással támogatva –, elindulhat a felhasználói hozzáférés program és az ELI ERIC megkezdheti az adott állomásokra vonatkozó ajánlatok fogadását.

Minden kísérleti állomás megerősítését és átvételét figyelemmel kísérik, majd egy független szakértők, ELI-ALPS szakértők és más ELI létesítmények szakértőinek bevonásával végzett hivatalos „működési átvételi felülvizsgálat” megerősíti a felhasználókra való készenlétet és hivatalos ajánlást tesz az ISTAC és az ELI ERIC közgyűlés felé.

4.3. Felhasználói hozzáférési és működési módok

Más vezető lézer és kutatási létesítmények felhasználói számára ismerős lesz a hozzáférési mód. A kísérletek várhatóan napokat és bizonyos esetekben heteket vesznek igénybe. A létesítmény általános célja az összesen 1 760 óra/év [220 nap/év × 8 óra/nap] rendelkezésre állás.

4.4. A működés, illetve az ELI ERIC és ELI-ALPS közötti kapcsolat vonatkozásai

Az ELI ERIC feladata az, hogy a rendelkezésre állással párhuzamosan biztosítsa az ELI-ALPS létesítményhez való hozzáférést, miközben a létesítmény fizikai helyszínének tulajdonosa és közvetlen irányítója kezdetben az ELI-HU Non-Profit Kft. (ELI-HU) lesz. Ez a kutatási és fejlesztési célú állami támogatásokra vonatkozó szabályok tekintetében „kutatási szervezetnek” minősül.

A fent említett fontos műszaki és tudományos mérföldköveket azok a szervezeti mérföldkövek egészítik ki, amelyek az ELI-ALPS ELI ERIC-be való integrációjához kapcsolódnak. E szervezeti mérföldkövek felsorolását az alábbi táblázat tartalmazza.

5. táblázat

Az ELI-ALPS becsült szervezeti átalakulási mérföldkövei

ELI-ALPS INTEGRÁLT SZERVEZETI MODELL 2020 2021 2022 IRÁNYÍTÁS X X X TUDOMÁNYPOLITIKA X X X FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS — X X KÖLTSÉGVETÉS — X X FOGLALKOZTATÁSPOLITIKA — — X TECHNOLÓGIAKEZELÉS — — X LÉTESÍTMÉNYKEZELÉS — — X JOG ÉS KÖTELEZETTSÉG — X X IGAZGATÁS — X X

Az ELI-ALPS tevékenységei egy legalább kétéves időszak alatt kerülnek át az ELI ERIC-hez, de egyes tevékenységek esetében erre csak az időszak végén kerül sor. A kísérleti állomásokhoz felsorolt műszaki mérföldkövekkel együtt a teljes átmeneti terv meghatározható.

Az alábbi táblázatban láthatók a felhasználói hozzáféréshez kapcsolódó becsült költségek, amelyek mellett az ELI-ALPS az ELI ERIC számára az átmeneti időszakban (2020–2021) működteti majd a létesítményt. A feltételezések szerint ebben az időszakban kerül majd át az igazgatási felelősség az ELI-HU-tól az ELI ERIC-hez a feladatkörök, erőforrások és eszközök terén.

6. táblázat

Az ELI-ALPS becsült hozzáférési költségei

(EUR) ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Személyi jellegű közvetlen költségek 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Hardver közvetlen költségek 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Személyi jellegű + hardver költségek 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Személyi + hardver %/összesen 27 % 37 % 42 % 42 % Közvetett költségek 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 ELI-ALPS költségek összesen 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

A Prága (Cseh Köztársaság) melletti Dolní Břežany településen található ELI-Beamlines (ELI-BL) létesítmény már a nevében is jelzi, hogy különféle lézervonalakat kínálva több, különböző kísérletet képes támogatni a felhasználók számára. Nagy energiájú és nagy ismétlési frekvenciájú kapacitásokra van tervezve. Ez az egyetlen helyszínen található, 30 000 négyzetméternél nagyobb területű zöldmezős létesítmény várhatóan mintegy 200–300 támogató munkatársat foglalkoztat majd.

A létesítmény tulajdonosa és irányítója a Cseh Tudományos Akadémia Fizikai Intézete, amely állami kutatóintézetként teljes önállósággal és jogi személyiséggel rendelkezik a Cseh Köztársaságban.

5.1. Műszaki felépítés és források

7. táblázat

Az ELI-BL lézerforrások tervezett teljesítményparaméterei

ELSŐDLEGES LÉZERFORRÁSOK Csúcsteljesítmény Impulzusenergia Impulzusidő Ismétlési frekvencia 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 lövés/perc L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 lövés/perc L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs–150 ps 1 lövés/perc Astrella 6 & 10 mJ 20 fs 1 kHz Biolézer 6 mJ CEP stabilizálás 20 fs 1 kHz





8. táblázat

ELI-BL Beamlines hozzáférési dátumok

ELI-BL LÉZERFORRÁSOK ÜZEMBE HELYEZÉS KEZDETE FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS L1 2018.1 2019.12 (30 mJ) 2020.12 (50 mJ) 2021.12 (100 mJ) L2 2022.1 2022.6 L3 2017.11 2018.7 (0,4 PW) 2019.12 (1 PW) L4F 2018.9 2020.6 L4N 2018.9 2021.1 L4P 2022.6 2022.12 ASTRELLA 2018.2 2018.4 BIOLÉZER 2018.4 2018.6

Komoly hangsúly helyeződik a társadalmi jelentőségű területeken, például az orvostudomány vagy a biológia terén lehetséges alkalmazásokra. Az ELI-BL – az ELI-BL létesítményt körülvevő úgynevezett STAR (Fejlett Tudományos és Technológiai Régió) régióban már a cégek és spin-off vállalkozások számára különböző területeken vonzerőt jelentő lézertechnológia-fejlesztést és -transzfert végző, kapcsolódó HiLASE Központtal együtt (amelynek tulajdonosa és irányítója szintén a Cseh Tudományos Akadémia Fizikai Intézete) – kedvező környezetet teremt a kutatás és az ipar közötti intenzív együttműködéshez.

5.2. Kísérleti állomások

3. ábra

Az ELI-BL kísérleti állomások elrendezése

Az ultrarövid és ultraerős fényimpulzusok és a szilárd és gáz halmazállapotú célanyagok kölcsönhatásából keletkező részecskék az alap- és alkalmazott kutatási projektek széles választékát teszik lehetővé a kémia, a biológia, a gyógyászati technológiák, valamint az új anyagok fejlesztése területén és egyéb területeken. Az ELI-BL létesítményen belül hat kísérleti csarnokban folytatnak kutatási tevékenységeket.

9. táblázat

ELI-BL másodlagos források/nyalábvonalak és mérföldkövek

ELI-BL MÁSODLAGOS FORRÁSOK FORRÁS ÜZEMBE HELYEZÉS KEZDETE FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS E1: RÖNTGENFORRÁSOK HHG 2018.2 2019.1 E1: RÖNTGENFORRÁSOK PXS 2018.3 2019.4 E2: RÖNTGENFORRÁSOK Betatron 2019.6 2019.11 E2: RÖNTGENFORRÁSOK – FINANSZÍROZOTT KORSZERŰSÍTÉS Compton 2020.1 2020.12 E5: LÉZER UNDULÁTOR RÖNTGENFORRÁSOK LUIS 2019.3 2020.6 E4: IONGYORSÍTÁS ELIMAIA 2018.11 2019.10 E5: ELEKTRONGYORSÍTÁS HELL 2019.1 2020.3





10. táblázat

ELI-BL kísérleti állomások és mérföldkövek

ELI- BL KÍSÉRLETI ÁLLOMÁSOK ÁLLOMÁS ÜZEMBE HELYEZÉS KEZDETE FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS E1: ANYAG ÉS BIOMOLEKULÁRIS ALKALMAZÁSOK MAC 2018.4 2019.1 E1: ANYAG ÉS BIOMOLEKULÁRIS ALKALMAZÁSOK Trex 2018.6 2019.5 E1: ANYAG ÉS BIOMOLEKULÁRIS ALKALMAZÁSOK SRS 2018.6 2019.3 E1: ANYAG ÉS BIOMOLEKULÁRIS ALKALMAZÁSOK ELIps 2018.9 2019.3 E2: RÖNTGENFORRÁSOK – FINANSZÍROZOTT KORSZERŰSÍTÉS Compton állomás 2021.7 2022.7 E5: LÉZER UNDULÁTOR RÖNTGENFORRÁSOK LUIS állomás 2019.3 2021.6 E3: PLAZMAFIZIKA PLATFORM P3 2018.9 2020.10 E4: IONGYORSÍTÁS ELIMED 2018.11 2021.1 E5: ELEKTRONGYORSÍTÁS ELBA állomás 2019.1 2021.7

Az E1 kísérleti csarnokban lézermeghajtású másodlagos források és kísérleti fogadóállomások vannak molekuláris, biogyógyászati és anyagtudományi alkalmazásokhoz. Szinkronizált lézer fotonnyalábokkal folynak kísérletek a VUV és kemény röntgen tartományokban (magasharmonikus forrás – alacsony divergencia mellett koherens nyalábban kibocsátott ultrarövid EUV impulzusok kHz-es forrása, és Plazma röntgenforrás – femtoszekundumos röntgensugárzás impulzusok 4–30 keV spektrumban).

Műszerei a következők:

— MAC: Többcélú kamra mag-, molekuláris és optikai tudományokhoz és koherens diffraktív képalkotáshoz.

— ELIps: VUV ellipszométer sub-ps kísérletekhez; fogadóállomás VUV és lágy röntgen anyagokhoz.

— Kemény röntgen fogadóállomás: Moduláris állomás röntgensugarakkal végzett időfelbontásos kíséretekhez, pl. szórás, diffrakció, spektroszkópia és képalkotás.

— Optikai szondák és pumpanyalábok: Optikai spektroszkópia, pl. stimulált Raman-szórás céljára szolgáló korszerű állomás; szinkronizált pumpanyalábok széles választékának forrása az UV-től az IR és THz tartományig.

Az E2 kísérleti csarnok az ultragyors és fényes, kemény röntgensugár nyalábok területe. Itt egy 10 Hz ismétlési frekvenciájú, PW osztályú lézer áll majd rendelkezésre. Számos paraméter beállítható, pl. a lézer intenzitása, a lézerpont mérete és időtartama és a gáz elektronsűrűsége. A relativisztikus sebességre gyorsított elektronok mozgatását maga a plazma (Betatron forrás) vagy egy második lézerimpulzus (Compton forrás) végzi. Femtoszekundumos intenzív röntgen- vagy gammasugár nyalábok kibocsátása mikron nagyságú forrásból. A felhasználók keV és néhány MeVs közötti tartományban kérhetnek szűk spektrumot (10 %-os energiaterítés) vagy szélessávú sugárzást.

Az E3 kísérleti csarnokban elhelyezett plazmafizika platform olyan többfunkciós kísérleti infrastruktúra, amelyet elsősorban a következő területeken használnak lézer-plazma és lézer-anyag kölcsönhatások kutatásához:

— Nagy energiasűrűség fizika (HEDP)

— Meleg sűrű anyag ((WDM))

— Plazmaoptika (PO)

— Laboratóriumi asztrofizika (LA)

— Ultranagy intenzitású kölcsönhatás (UHI).

Az E4 kísérleti terület felhasználói az ionsugárszállító és dozimetria részlegben különböző mintákat tesztelhetnek lézergyorsítású ionforrásokkal, a rugalmas kölcsönhatáskamrában pedig a lézermeghajtású iongyorsítás innovatív rendszereit vizsgálhatják. Az ELIMAIA lézervonal lézermeghajtású ionnyalábok útján biztosítja multidiszciplináris alkalmazások vizsgálatát, mint az ELIMED nemzetközi együttműködés keretében végzett in-vitro sugárbiológiai és preklinikai vizsgálatok.

A LUIS nyalábvonalnak helyet adó E5 kísérleti csarnok a különböző minták legfejlettebb technikákkal való besugárzása iránt érdeklődő felhasználókat várja. Itt található az ELBA platform is, amelynek rugalmas kísérleti területén innovatív koncepciók tesztelhetők és a legfejlettebb technológiákkal végezhető lézeres elektrongyorsítás többszörös GeV szinteken.

Az ELI-BL létesítmény eredeti hatókörén kívül a fenti táblázatban szerepelnek a létesítménynek az ADONIS, HIFI és ELIBIO projekteken keresztül már finanszírozott és az ELI ERIC általi jövőbeni felülvizsgálat tárgyát képező kapacitásbővítései és korszerűsítései is.

Minden kísérleti állomás megerősítését és átvételét figyelemmel kísérik, majd egy független szakértők, ELI-BL szakértők és más ELI létesítmények szakértőinek bevonásával végzett hivatalos „működési átvételi felülvizsgálat” megerősíti a felhasználókra való készenlétet és hivatalos ajánlást tesz az ISTAC és az ELI ERIC közgyűlés felé.

5.3. Felhasználói hozzáférési és működési módok

Más vezető lézer és kutatási létesítmények felhasználói számára ismerős lesz a hozzáférési mód. A kísérletek várhatóan napokat és bizonyos esetekben heteket vesznek igénybe. A létesítmény általános célja az összesen 1 760 óra/év [220 nap/év × 8 óra/nap] rendelkezésre állás.

5.4. A működés, illetve az ELI ERIC és ELI-BL közötti kapcsolat vonatkozásai

Az ELI ERIC feladata az, hogy a rendelkezésre állással párhuzamosan biztosítsa az ELI-BL létesítményhez való hozzáférést, miközben a létesítmény fizikai helyszínének tulajdonosa és közvetlen irányítója kezdetben a Cseh Tudományos Akadémia Fizikai Intézete lesz, amely teljes önállósággal és jogi személyiséggel rendelkezik a Cseh Köztársaságban. Ez a kutatási és fejlesztési célú állami támogatás tekintetében egy „kutatási szervezet”.

A fent említett fontos műszaki és tudományos mérföldköveket azok a szervezeti mérföldkövek egészítik ki, amelyek az ELI-BL ELI ERIC-be való integrációjához kapcsolódnak. E szervezeti mérföldköveket az alábbi táblázat tartalmazza, illetve a függelék („Igazgatási működési modell”) részletezi.

11. táblázat

Az ELI-BL becsült szervezeti átalakulási mérföldkövei

ELI-BL INTEGRÁLT MODELL 2020 2021 2022 IRÁNYÍTÁS X X X TUDOMÁNYPOLITIKA X X X FELHASZNÁLÓI HOZZÁFÉRÉS — X X KÖLTSÉGVETÉS — X X FOGLALKOZTATÁSPOLITIKA — — X TECHNOLÓGIAKEZELÉS — — X TELEPHELYKEZELÉS — — X JOG ÉS KÖTELEZETTSÉG — X X IGAZGATÁS — X X

A Cseh Köztársaság vállalja, hogy az ELI-BL létesítmények teljes kapacitását az ELI ERIC rendelkezésére bocsátja.

Az alábbi táblázatban láthatók a felhasználói hozzáféréshez kapcsolódó becsült költségek mellett az ELI-BL az ELI ERIC számára az átmeneti időszakban (2020–2021) működteti majd a létesítményt. A feltételezések szerint ebben az időszakban kerül majd át az igazgatási felelősség a Cseh Tudományos Akadémia Fizikai Intézetétől az ELI ERIC-hez a feladatkörök, erőforrások és eszközök terén.

12. táblázat

Az ELI-Beamlines becsült hozzáférési költségei

(EUR) ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Személyi jellegű közvetlen költségek 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Hardver közvetlen költségek 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Személyi jellegű + hardver költségek 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Személyi + hardver %/összesen 51 % 52 % 53 % 53 % Közvetett költségek 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 ELI-BL költségek összesen 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. BECSÜLT KÖLTSÉGEK

A hosszú távú fenntarthatóság elérését lehetővé tevő feltételek meghatározásához részletezni kell a költségeket és a lehetséges pénzügyi forrásokat. Az ELI ERIC alapszabályban foglaltak szerint az ELI létesítmények használatának általános elveit a közgyűlés által elfogadott külön politikában kell dokumentálni, a működési költségekre szánt tagi hozzájárulások felosztását pedig a II. melléklet rögzíti, megteremtve egyúttal az előfeltételeit annak, hogy elkerülhető legyen az egyes tagok általi használat és a pénzbeli/természetbeni hozzájárulásaik közötti tartós és jelentős aránytalanság.

Az alábbiakban szerepelnek a költségek meghatározásához szükséges alapelemek, amelyek az alábbi kategóriákba csoportosíthatók:

1) Építés – Működés előtti beruházási kiadások (CAPEX);

2) Működés – A szakmai értékelésnek alávetett hozzáférés operatív kiadásai (OPEX);

3) Jövőbeli korszerűsítések – A specifikációk és a rendelkezésre álló műszerek javításához a versenytársak és a felhasználók követelményei miatt szükséges új beruházások (CAPEX).

Az alábbi szöveg az 1. pont (Építés) és a 2. pont (Működés) aspektusaira fókuszál.

6.1. Építés

A 13. táblázat adatai szerint az ELI létesítmények teljes beruházási (építési) költsége mintegy 556 millió EUR összeget tesz ki az építési időszak során.

13. táblázat

Az ELI létesítmények építési költsége

(ezer EUR) TÉTEL ELI BL ELI ALPS ELI ÉPÜLET + TELEK 94 643 88 705 183 348 TECHNOLÓGIA 181 876 105 435 287 311 SZOLGÁLTATÁSOK 7 601 9 788 17 389 SZEMÉLYZET 41 206 27 484 68 690 ÖSSZESEN 325 326 231 412 556 738

Ezt a költséget teljes egészében a fogadó országok fedezik esb-alapok és nemzeti finanszírozás útján, a nemzeti irányító hatóságok által jóváhagyott és figyelemmel kísért projektek alapján. A beruházások megoszlása nagyjából a következő: 25 % épületek, 65 % technológia, 10 % személyzet és szolgáltatások. Az ELI ERIC szempontjából e költségek vissza nem téríthetők és nem lesznek faktorálás útján beépítve az ELI ERIC működési költségeibe. A kizárólag kezdeti működésre, állandósult állapotú működésre és korszerűsítésekre tartalékolt hozzájárulásokat nem használják kezdeti beruházási vagy építési költségek fizetésére.

6.2. Működés

A fogadó tagok kötelezettségvállalása más nem fogadó tagok számára lehetővé teszi a saját jövőbeni kötelezettségvállalásaik fokozatos megközelítésének kialakítását és az ELI ERIC hosszú távú fenntarthatóságát a tagok hozzájárulásai alapján:

14. táblázat

Az ELI létesítményekhez becsült ELI ERIC működési költségek

(EUR) ELI ERIC működési költségek 2020 2021 2022 2023 2024 Közvetlen személyi költségek 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Közvetlen hardverköltségek 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Közvetett költségek 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 ELI létesítmények összesen 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 ELI ERIC székhely 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 ELI ERIC összesen 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

A nem fogadó tagok Tagok kezdeti működési időszak során történő csatlakozása lehetővé teszi a hozzájárulások fokozatos felfutását az ELI ERIC létrehozása után, valamint a végső hozzájárulási szintre és kötelezettségvállalásra vonatkozó döntést nem sokkal a létrehozást követően. A korai belépésnek köszönhetően a leendő tagok részt vehetnek az ELI létesítmények működési alapszabályainak kialakításában, a pénzügyi kötelezettségvállalások kezdeti felfutása mellett.

A fentiekben az ELI ERIC aktuális mérföldkövek szerint kiigazított működési költségei láthatók. Valószínűleg a kezdeti működési időszak alatti felhasználói hozzáférés költségeinek felső becslését jelentik attól függően, hogy sikerül-e elérni a mérföldköveket. Évente becsléseket kell készíteni és figyelemmel kísérni a kezdeti működési időszak időtartama során.

6.3. Jövőbeni korszerűsítések

Az ELI ERIC működési költségek nem veszik figyelembe a lézerrendszerek és létesítmények jövőbeni korszerűsítéseit. Az üzemeltetés költségeire terjednek ki, ideértve a tartalék alkatrészeket és a karbantartást is.

A korszerű lézerrendszerek gyorsan fejlődnek, és az általános nézet szerint a versenyképesség fenntartásához folyamatos fejlesztésre lesz szükség. E célból az ELI ERIC vezetése konkrét korszerűsítési projekteket javasol, továbbá 5 éves és 10 éves elemzésre kerül majd sor a potenciális fejlesztések és azok költségeinek megértéséhez. A beruházási követelmények és források kezelését specifikus korszerűsítési kampányok szervezése segíti majd.

7. FEJLESZTÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK

Az Extrém Fényforrás/Szuperlézer Infrastruktúra ERIC nemcsak az európai lézerközösség, hanem a tágabb Európai Kutatási Térség számára is fontos fejlesztés. A lézertechnológia egyszerre jelent kialakult és gyorsan fejlődő területet. Fejlődésével párhuzamosan egyre lényegesebb a tudományos alkalmazásokhoz, az európai versenyképesség tekintetében pedig máris rendkívül fontos.

Az Extrém Fényforrás/Szuperlézer Infrastruktúra ERIC széles körű társadalmi előnyöket hoz az olyan területeken, mint a klinikai rákterápia, biogyógyászati képalkotás, nukleáris anyagok és hulladékfeldolgozás. Emellett az ELI ERIC segíti az európai fotonikai ipart, valamint oktatási és képzési lehetőségeket biztosít az új kutatók és mérnökök számára a fotonika és a lézerbarát kutatások területén.

Az Extrém Fényforrás/Szuperlézer Infrastruktúra ERIC létfontosságú azon európai szintű kezdeményezésekhez, amelyek célja a versenyképesség fenntartása a nagyteljesítményű, rövid impulzusú lézerrendszerek stratégiai területén és a kapcsolódó tudományos és innovációs területeken. A lézertechnológiák meredeken ívelő fejlődési görbéje alapján az ágazat jó helyzetben van ahhoz, hogy közép- és hosszú távon diszruptív legyen a nagyüzemi tudományos és ipari platformok jelenlegi formájára. Ennek bekövetkezése előtt azonban az ELI ERIC-nek bizonyítania kell a fenntartható működésre való képességét.

7.1. A lézeres tudomány és technológia fejlődése

A nagyteljesítményű lézerlétesítmények és kutatóközpontok terén Európa átvette a vezetést Ázsiától és Észak-Amerikától. Egyértelmű, hogy Európában jelentős koncentráció zajlik, amelynek elsődleges okát az ágazat stratégiai vonatkozását több évtizede támogató uniós programokon keresztül bevont különböző intézmények és országok önszerveződése jelenti.

A nagyteljesítményű lézerrendszerek terén elért tudományos siker az európai telepítések növekedéséhez vezetett az elmúlt évtizedben. Miközben több tényező is segíti, e fejlődés egyértelmű párhuzamot mutat az uniós finanszírozású európai LaserLab Europe hálózaton belüli nemzeti lézerlaboratóriumok számának növekedésével (www.laserlab-europe.net). A honlap szerint a konzorcium jelenleg 16 ország 33 olyan szervezetét tömöríti, amelyek vezető szerepet játszanak a lézeralapú interdiszciplináris kutatásban. Közülük 22 kínál laboratóriumaihoz kutatási célú hozzáférést Európában és azon kívül.

4. ábra

Az Ultraintenzív Lézerek Nemzetközi Bizottságának (ICUIL) 2016. évi világtérképe a PW osztályú lézerlétesítmények globális elterjedéséről

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

A LaserLab Europe korai sikere biztosít alapot az ELI ERIC számára az európai lézerközösség kiépítésének folytatásához. Az is ugyanilyen fontos, hogy az ELI ERIC új kapacitásokat tesz lehetővé és más tudományágak figyelmét is felhívja. A lézeralapú nemzeti laboratóriumok sikere alapján megtörtént a szakértelem, az ismeretek és a koncepcióigazolás kialakítása az ELI ERIC számára. Felnőtt egy felhasználói közösség és jelentős beruházásra került sor, mindez pedig az európai vállalatok fejlődését is támogatta az ELI ERIC és más PW osztályú létesítmények megépítésében. A közösségen belüli további együttműködés nagyon fontos ahhoz, hogy ezen a téren megmaradjon Európa versenyképesség és vezető szerepe.

A fázismodulált impulzuserősítés (CPA), majd az optikai parametrikus fázismodulált impulzuserősítés (OPCPA) ELI rendszereken való felfedezése hirtelen 6–8 nagyságrenddel növelte a lézerimpulzus csúcsteljesítményét, ami így 4 nagyságrenddel haladja meg azt a szintet, ahol az elektron rezgési energiája egyenlő az elektron nyugalmi tömegéhez tartozó energiával (1 018 W/cm2). Ez pedig előre vetíti a relativisztikus lézer-plazma kölcsönhatások és a szubatomi világ többek között mag- és részecskefizika bevonásával történő vizsgálatát. Az ELI ERIC jövőbeni fejlesztései ténylegesen a világ legnagyobb teljesítményű gyorsítóival versenyezhetnek – sokkal kisebb költségek és hagyományosabb technikák mellett – ott, ahol célzott alkalmazásokhoz nagy gyorsulási gradiens szükséges, például a daganatok kórházi környezetben végzett sugárkezelésében, ahol a tér és költség alapvető fontosságú.

A technológiafejlesztést illetően az ELI ERIC nagy figyelmet fordít majd az ELI és a vezető LaserLab partnerek által meghatározott kritikus együttműködési területekre. A PW osztályú rendszerek megbízható és költséghatékony működését akadályozó fontosabb szűk keresztmetszetek az ipar bevonásával kerülnek majd elhárításra. Ez nemcsak az európai iparra, az Európai Kutatási Térségre és a LaserLab hálózati partnerekre gyakorol majd kedvező hatást, hanem egyenesen vezet az ELI létesítmények fenntartható működéséhez, világszínvonalú megbízhatóság mellett.

5. ábra

Az évente üzembe állított petawatt osztályú lézerrendszerek száma a felállítás helye szerinti kontinensek alapján rendezve (*2)

A fizika egyértelmű, és a kihívást a technológiafejlesztés jelenti. Az ELI jó néhány alaptechnológiát fog kifejleszteni az iparral és más vezető kutatóközpontokkal együttműködve, különösen következő generációs optikai komponenseket.

7.2. ELI ERIC szervezeti célkitűzések

7.2.1. Működés kialakítása

Az egyesített erőforrások és az ELI ERIC-re irányuló figyelem mély és hosszú távú hatással lesz a terület tudományára, valamint a technológiai fejlődésre. Az első célkitűzés azonban pragmatikus és helyi jellegű: egyidejűleg kiállni és egyesíteni a két létesítmény irányítását és hatékonyan integrálni az erőforrásokat.

Az ELI ERIC a 723/2009/EK rendelettel összhangban olyan kutatási infrastruktúra, amelyet egy helyszínre telepítettek, de a székhelyen kívül számos helyen működik a fogadó tagállamokban. Bár léteznek egyéb többhelyszínes tudományos szervezetek, nagyon kevés olyan zöldmezős európai projekt valósult meg különböző országokban, amely az egyetlen kutatási struktúrába való egyesülés céljára strukturális alapokat használ fel. Nincsenek továbbá lézeralapú nagy felhasználói létesítmények. A tágabb érdekek kezelése előtt az ELI ERIC-nek működésbe kell állítania ezeket a létesítményeket. Ez műszaki és irányítási kihívást jelent.

7.2.2. Együttműködés kialakítása

A második célkitűzést a lehetséges műszaki szinergiák meghatározása jelenti a vezető nagyteljesítményű és rövid impulzusú európai lézerközpontok körében. A megbízhatósággal és a költséges alkatrészcserével összefüggő problémák miatt eddig kihívást jelentett a nagyteljesítményű PW osztályú lézereket felhasználói környezetben működtetni. Az egyesülés után az ELI létesítmények egyedül több mint 30 PW teljesítmény felett rendelkeznek.

A Franciaország, Németország, Spanyolország, Egyesült Királyság és Olaszország (mind Laserlab Europe tag) nemzeti létesítményeiben dolgozó partnerek bevonásával az ELI ERIC a legfejlettebb nagyteljesítményű, rövid impulzusú lézerlétesítmények eddigi legnagyobb tömörülését hozza létre. Nincs valódi összehasonlítási alap, hiszen a szándék egy példa nélküli együttműködés megteremtése a PW osztályú lézerek működését akadályozó komponensek és folyamatok, valamint a működési megoldások és standard megközelítések meghatározása céljából.

Az együttes – és az iparral közös – működés során a létesítmények esetenként akár 30 %-kal csökkenthetik a működési költséget és akár 90 %-ig növelhetik a nyalábidő felhasználói rendelkezésre állását. Ez egyedi méretgazdaságosság megvalósítására kínál lehetőséget, ami rövid idő alatt jelentős technológiai fejlődést tesz lehetővé. E fejlődésnek pedig a lézeriparon keresztül az egész világra hatása lesz.

7.2.3. Hírnév kialakítása

A harmadik ambíciót az ELI ERIC rendszerek teljesítményének és potenciáljának tudományos bizonyítása jelenti a tudományos program operatív fázisának elején. A más partnerlétesítmények tapasztalatával segített ELI létesítmények szándéka az, hogy becsült felhasználói üzemidő 80 %-a rendelkezésre álljon 2021-re, a főleg nagy/közepes ismétlési frekvenciájú elsődleges lézerrendszerek 90 %-a pedig működjön.

Összehasonlításként, a technika mai állása szerint a PW osztályú lézerek óránként néhány lövést végeznek, az ELI ERIC és egyes partnerlétesítmények pedig Hz-es és sok Hz-es frekvencián tervez üzemelni. Ez annak fényében is figyelemre méltó, hogy esetenként az ELI ERIC teljesítmény szempontjából világelső lézereket működtet. A korai megkeresések közös fejlesztési és előállítási célok mellett teszik majd lehetővé a felhasználóknak az ilyen magas ismétlési frekvenciájú kísérletek végzését.

E kísérletek nemcsak áttörést jelentő felfedezésekhez vezetnek, hanem a másodlagos források világrekord teljesítményét teszik majd lehetővé, pl. GeV wakefield gyorsítás. A létesítmények életének korai szakaszában végzett ilyen úttörő jellegű, ellenőrzött kísérletek – a széles körű kapcsolatépítéssel és ismeretterjesztéssel együtt – erős érdeklődést generálnak majd az ELI ERIC és általánosságban a lézertudomány iránt. Ez Európa és a világ teljes lézertudományára ki fog hatni, ami számos gyakorlati alkalmazáshoz, pl. fejlett rákterápiákhoz és a veszélyes nukleáris hulladék átalakításához vezet majd. A cél e potenciál demonstrálása, valamint egy növekvő, fenntartható bázis létrehozása az ELI ERIC és a teljes európai lézertudomány támogatásához.

7.2.4. Innováció kialakítása

Az ELI ERIC által a lézeripari innovációra és technológiára gyakorolt hatás nem szűnik meg az építési szakasz befejezésével. A működési szakasz jelenlegi kihívását a fenntartható technológiafejlesztés jelenti. A működés fenntarthatóságára fókuszálva az ELI hosszú távú kapcsolatokat épített ki ipari partnereivel a fontos komponensek beszerzésével és a folyamatos technológiafejlesztéssel kapcsolatos problémák kezeléséhez.

Az ipari kapcsolatok terén az egyik kihívás a szállítókkal azért nyitandó párbeszéd lesz, hogy sikerüljön meghatározni a termékjobbítások vagy a kockázatenyhítő folyamatok akadályait (tartalék alkatrészek nagy fokú rendelkezésre állása, több szállító), különös tekintettel az ELI létesítmények hosszú távon fenntartható működésére.

A működési szakaszban is folytatódik majd az ELI ERIC követelményei által ösztönzött technológiai fejlesztés. Néhány példa erre:

— Fontos optikai komponensek a nagyteljesítményű / nagy ismétlési frekvenciájú lézerekhez. A szállító és fókuszáló optikát, valamint a diffrakciós rácsokat és az aktív anyagokat tovább kell fejleszteni annak érdekében, hogy hosszú időtartamon keresztül nagy nyalábátmérőknél és magas lövésszám mellett állják a nagy energiájú és nagy csúcsintenzitású impulzusokat.

— Rövid impulzusok, nagy nyalábok. Az ELI létesítményekkel elérhető egyedülálló tudományos eredmények értelmezésének alátámasztásához diszruptív megoldások szükségesek a rövid impulzusokkal és nagy nyalábokkal működő rendszerek teljesítményének mérése érdekében.

— Komplex rendszerek teljes ellenőrzése. A kísérleti rendszereknek garantálniuk kell a teljesítményt és a zavartalan működést. Intelligens és teljes körű interfésszel ellátott ellenőrzési rendszerekre van szükség.

Az ELI létesítmények az olyan partnerekkel való együttműködésre fognak fókuszálni, amelyek innovatív megoldásokkal képesek megváltoztatni a jelenlegi technológiát. Az innovációs tartalom nemcsak a rövidtávú műszaki szempontokra figyel, hanem a megoldás hosszú távú fenntarthatósági problémáit is kezeli, így garantálva az ELI ERIC számára a legjobb teljesítményt, a leghosszabb üzemidőt és a karbantartási költségek leghatékonyabb ellenőrzését. Az ELI ERIC egyedülálló tudományos eredményeinek alapját hosszú távon a nagy csúcsteljesítményű lézerek legfenntarthatóbb technológiai megoldásai jelentik majd.

7.2.5. A fogadó országokban kifejtett hatás

Az ELI ERIC beruházás és helyszín közép-európai országokba való helyezésének egyik fő oka e régiók befolyásolása egy magas értéket képviselő kutatási és technológiai központtal. A más kutatási infrastruktúrákról készült számos tanulmány szerint a beruházási és innovációs hatások jelentős arányban jelentkeznek a létesítmény 100 km-es körzetében, vagyis számít a közelség. Néhány a várható hatások közül:

— A beruházás közvetlen hatása – A fogadók várhatóan a működési költségek 50–80 %-t kapják a többi tagtól, ami azt jelenti, hogy a beruházás közvetlen hatással lesz a helyi gazdaságra. Az ELI nyomon követi és jelenti majd e hatásokat. Várhatóan ennek nagyjából 50 % feletti részét a helyi régión belül költik majd el, két különböző közép-európai területet érintve.

— Nagyobb lehetőség az adott ország/település kutatói számára – Minden ELI létesítmény egyetemmel rendelkező nagyvárosokban (Prága, Szeged) található. Az ELI ERIC várható fejleményeit ismerő egyetemek mindegyike programokkal hozta helyzetbe a hallgatókat és az oktatókat a közelség kiaknázása érdekében. E tekintetben a projekt egyes tevékenységei a helyi kutatók elérését célozzák, így az ELI ERIC létrehozásától számított 10 éven belül várható, hogy mindegyik ország vezető kutatókkal rendelkezik majd ezen a területen.

— Nagyobb innovációs lehetőségek a helyi ipar számára – A fent említett közvetlen beruházási hatásokon túl a létesítmények közelsége legalább két mérhető formában ösztönzi majd az innovációt. Először is, az értő ipar alkalmat fog látni és proaktív módon fog a létesítményhez közeledni akár termékek eladása, akár annak megértése érdekében, hogy miként adaptálhatja kínálatát a létesítményhez. Az „ipari kapcsolatépítés” rendezvényeken keresztül mind a beszerzési csoportok, mind az ipari összekötő tisztviselők segítik majd a létesítményekre vonatkozó információk megosztását. Emellett vannak olyan helyek, ahol a helyi szállító alkalmazása stratégiai okokból lehet előnyös a létesítmények számára. Ezt a terület alacsony költsége, de inkább a műszaki megoldásokat adaptáló szállítók közelsége vagy kényelmes elérhetősége ösztönözheti.

8. FŐ KOCKÁZATOK

8.1. Kockázatelemzés

15. táblázat

Az ELI létesítmények megvalósításának magas szintű kockázatértékelése

Potenciális kockázat Valószínűség kicsi 1–5 nagy Hatás kicsi 1–5 nagy Megelőzés / enyhítés Munkatársak felvétele és versenyképes díjazás – Megvan a kockázata annak, hogy az ELI ERIC nehezen talál majd a munkatársak közé felvehető „világelső” szakértőket. 4 5 Aktív munkaerőtoborzás, határidős szerződések, kutatási lehetőségek, „életminőség” kezdeményezések A fő paraméterektől való elmaradás műszaki kockázata – Annak kockázata, hogy az ELI nem ér majd el bizonyos fő teljesítményparamétereket, ami egyes kísérleti lehetőségeket megakadályozhat. 3 3 Tervezés és párbeszéd a felhasználói közösség és az ISTAC bevonásával az elvárások kezelése és alternatív kutatási prioritások meghatározása céljából. A fizetések első 5 év alatti komoly növekedése – A helyi munkaerőpiaci dinamika miatt az ELI ERIC évente mintegy 5–10 %-kal növeli a fizetéseket. 5 3 Tervezés és párbeszéd az elvárásokról a munkatársakkal A berendezése/komponensek elavulása – A lézerrendszerek technológiája gyors fejlődésnek indul majd a következő években, és folyamatos beruházások nélkül az ELI a versenyképességét veszélyezteti. 3 4 Tervezés technológiai ütemterv formájában; kiegészítő finanszírozás keresése Rossz kezdeti felhasználói tapasztalatok – Kezdeti kár a) nem jól teljesítő létesítmény b) nem támogató munkatársak vagy c) rossz kommunikáció/elváráskezelés miatt. Ez a kutatók körében hátrányos szóbeszédhez és a szolgáltatások nagyon lassú bevezetéséhez vezethet. 3–4 4–5 Kezdeti munkavégzés a „baráti felhasználók” közvetlen közelében, „felhasználó-koordinátorok” betervezése „concierge” szolgáltatások nyújtásához Az ELI létesítmények sikeres integrálásának kudarca – Vezetési/irányítási problémák miatt késik vagy kudarcot vall a szervezeti fúzió. Emiatt emelkednek a költségek, és sérül az ELI- ERIC integritása és hírneve. 2 5 Szoros menedzsment monitoring, magas szinten támogatott „változáskezelési” és képzési műhelytalálkozók, célzott erőforrások és észszerű időzítési elvárások

(1) A Tanács 723/2009/EK rendelete (2009. június 25.) az európai kutatási infrastruktúráért felelős konzorcium (ERIC) közösségi jogi keretéről (HL L 206., 2009.8.8., 1. o.).

(*1) A CPA és a szilárdtest lézertechnológia következében a csúcsintenzitás értéke jelenleg a 1022 W/cm2 tartomány felett van. Ezt az ELI ERIC több mint egy nagyságrenddel fogja növelni. A SLAC E144 kísérlet (kék pont) is látszik, amelynél úgy értek el nagy intenzitást, hogy egy relativisztikus keretbe fokozták a lézer-anyag kölcsönhatást. A vízszintes vonalak jelzik egy elektron egy atomi egységgel egyenlő Up ponderomotoros (rezgési) energiájának intenzitását 800 nm (titán-zafír) lézer mellett; és az elektron nyugalmi tömegével egyenlő Up értékét; vagy a Schwinger intenzitás Y=1 végső célját, ahol a vákuum instabillá válik és a fény átalakul anyaggá. Forrás: Gérard Mourou École Polytechnique.

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

(*2) E grafikon már működő és még építés alatt álló létesítményeket tartalmaz. FORRÁS: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.