I PIELIKUMS

TEHNISKAIS UN ZINĀTNISKAIS APRAKSTS

1. ŠĀ DOKUMENTA MĒRĶIS UN TVĒRUMS

Šajā dokumentā ir aprakstīts zinātniskais mērķis un tehniskās sistēmas, ko Ekstremālās gaismas infrastruktūra ERIC (ELI ERIC) nodrošinās pētniekiem. Šeit ir aprakstīti to iekārtu specifiskie aspekti, ko uzņēmējvalstis darīs pieejamas ELI ERIC. Šis dokuments ir pamats, lai noteiktu “ELI ERIC” darbību tvērumu un definīciju.

Dokumentā ir uzskaitīti ELI ERIC zinātniskie mērķi un nolūks. Dažos gadījumos, ja piemērojams, ir sniegta atsauce uz ELI“Balto grāmatu”, kas ir galvenais tehniskais ELI dokuments pirms būvniecības. Ir atzīts, ka minētajā svarīgajā dokumentā aprakstītie ELI ieceres aspekti joprojām paliek spēkā, bet šā dokumenta un ELI ERIC izveides nolūkā ir aprakstītas tikai tehniskās iekārtas, ko piedāvā ERIC dibinātāji uzņēmējdalībnieki.

Ir sniegts pašreizējā zinātniskā tvēruma, kā arī ELI iekārtu tehnisko aspektu kopsavilkums. Ir norādīti arī budžeta un grafika elementi darbību uzsākšanā. Šī informācija ir atsauce ELI ERIC statūtiem, jo īpaši 22. pantam “Saistības un resursi”, un tā ir pamats nolīgumu noslēgšanai starp ELI ERIC un iekārtu īpašniekiem (uzņēmējiestādēm), lai ELI iekārtas darītu pieejamas lietotāju kopienai. Šis dokuments ir ELI ERIC statūtu sastāvdaļa ELI ERIC sākotnējā izveidē, un tas ir pamata atsauce attiecībā uz iekārtu tvērumu un misiju.

2. IEVADS UN PAMATINFORMĀCIJA

Ekstremālās gaismas infrastruktūra ERIC ir starptautiska lāzeriekārta, kuras mērķis ir attīstīt jaunas starpdisciplīnu pētniecības iespējas, izmantojot ekstremālo gaismu no patlaban pieejamiem augstākās maksimumjaudas lāzeru avotiem, un kura ir paredzēta pētniecības nolūkam. Šie lāzeri un no tiem iegūtais sekundārais starojums ļaus izdarīt jaunatklājumus dažādās zinātnes disciplīnās, kā arī sociāli svarīgos lietojumos.

ELI ERIC saskaņā ar Padomes Regulu (EK) Nr. 723/2009 (1) ir vienkopus izvietota pētniecības infrastruktūra ar vairākām darbības vietām uzņēmējdalībvalstīs papildus sēdekļa atrašanās vietai. ELI iekārtas atradīsies divās vietās – Čehijā un Ungārijā. Tās tiek darītas pieejamas starptautiskai zinātnisko lietotāju kopienai.

2018. gadā Nobela prēmija fizikā tika piešķirta Gérard Mourou un Donna Strickland par viņu darbu saistībā ar saspiesto impulsu pastiprināšanas (Chirped Pulse Amplification (CPA)) lāzertehnoloģiju. Šī Nobela prēmija ir daudzējādā ziņā īpaša ELI, jo tā aktuālā laikā izceļ pamatā esošo tehnoloģiju, kas padara iespējamu ekstremālo lāzera gaismu. ELI iekārtas veicinās CPA metodes izrāvienu, lai kļūtu pieejami maksimumjaudas līmeņi (sk. 1. att.), paverot dažādus lietojumus fundamentālajai zinātnei, kā arī sniedzot labumu sabiedrībai.

ELI ERIC konkrētais mērķis ir pievērsties divām būtiskām problēmām, kas sākotnēji noteiktas ELI Baltajā grāmatā un vēl joprojām ir aktuālas, nolūkā attīstīt:

— augstas enerģijas staru kūļa iekārtu un rentgenstaru iekārtas – īpaši īsas enerģētiskās daļiņas (> 10 GeV) un starojuma (līdz dažiem MeV) kūļus, ko rada kompakti lāzera plazmas paātrinātāji,

— atosekunžu zinātni – knipšus elektronu dinamikas atosekunžu skalā atomos, molekulās, plazmās un cietās vielās.

Konkrētāk:

— ELI-Beamlines pilsētā Dolní Břežany (netālu no Prāgas), Čehijā, pievērsīsies starojuma un daļiņu īsā impulsa sekundāro avotu attīstīšanai un to daudzdisciplīnu lietojumiem molekulārajā, biomedicīnas un materiālu zinātnē, blīvo plazmu fizikā, siltajā blīvajā matērijā un laboratoriju astrofizikā. Turklāt šī iekārta izmantos savus lieljaudas un augsta atkārtošanās ātruma lāzerus augstā lauka fizikas eksperimentiem ar fokusēto intensitāti aptuveni 1023 W/cm2, izpētot eksotisko plazmas fiziku un nelineāru QED ietekmi. — ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) Segedā, Ungārijā, veido unikālu iekārtu, kas nodrošina gaismas avotus THz (1012 Hz) un rentgenstaru (1018 – 1019 Hz) frekvenču diapazonā kā īpaši īsus impulsus ar augstu atkārtošanās ātrumu. ELI-ALPS tiks izmantots īpaši ātrai dinamikai, uzņemot elektronu dinamikas knipšus atosekunžu skalā (10–18 s) atomos, molekulās, plazmās un cietajās vielās. Tas arī veiks pētījumus ar īpaši augstas intensitātes lāzeriem.

ELI iekārtas nodrošinās visjaudīgāko pašlaik pieejamo sistēmu ar visīsākajiem impulsiem kopumu. Konkrētāk, ELI būs pirmā infrastruktūra, kas veltīta lāzeru un matērijas mijiedarbības fundamentāliem pētījumiem ultrarelatīvistiskā režīmā (I > 1024 W/cm2). Iekārtas jau izmēģina jaunas paaudzes inovatīvas, ļoti kompaktas staru kūļu līnijas, kas nodrošina enerģētisko daļiņu un starojuma kūļus, kuru ilgums ir no femtosekundes (10–15 s) līdz atosekundei (10–18 s).

Ņemot vērā šo pētniecības darbību dažādību, paredzams, ka ELI iekārtas sniegs būtiskus ieguvumus sabiedrībai un veicinās inovāciju vidējā termiņā un ilgtermiņā, kā arī uzlabos onkoloģisko slimību ārstēšanu (jonizējošā starojuma kūļi), medicīnas un biomedicīnas attēlveidi, radīs jaunas paaudzes fotoniku un attīstīs jaunas metodes kodolatkritumu pārstrādei, izmantojot transmutāciju.

ELI iekārtas kopumā aizņem gandrīz 54 000 m2 platību divās vietās, un ir paredzams, ka tajās strādās līdz 600 inženierzinātnieku, tehnisko darbinieku un atbalsta darbinieku.

1. attēls

Visaugstākā fokusētā intensitāte laika gaitā (*1)

ELI“Baltajā grāmatā”, kas tika laista klajā 2011. gadā, sākotnēji bija izklāstīta iecere par iekārtu, kas pārvietos “ekstremālās gaismas” un lāzertehnoloģijas (kas patlaban ir tik svarīga kā nekad agrāk) robežas

“Mūsdienu lieljaudas lāzersistēmu augstākā līmeņa specifikācijas raksturo maksimumjauda starp vienu un diviem petavatiem (PW) pie ļoti zemiem (zem Hz) atkārtošanās ātrumiem, un šī situācija nav mainījusies vairāk nekā vienu desmitgadi [tagad jau divas desmitgades]. Tomēr lielākā daļa lieljaudas sistēmu joprojām ir 100 TW līmenī. ELI un tās priekštecīgie valstu projekti, piemēram, ILE un Vulcan-10PW, palielinās atsevišķu lāzeru (moduļu) maksimumjaudu līdz 10 PW vai multi-10 PW režīmam pie daudz augstākiem atkārtošanās ātrumiem, kā rezultātā abi šie parametri palielināsies par vairāk nekā vienu kārtu.”

Šis skatījums paver ceļu uz vēl jaudīgākām, kombinētām, saskaņotām 100 PW lāzersistēmām, ko nākotnē paredzēts ieviest ELI iekārtās, pamatojoties uz tehnoloģijām, kas ELI iekārtās tiek izmantotas pirmo reizi. Šādas sistēmas paver jaunu mijiedarbības veidu, kas pirmo reizi sniedz iespēju sniegties tālāk par atomfiziku, lai izpētītu matērijas slāņus, kas ir būtiski kodolfizikai, daļiņu augstas enerģijas fizikai, astrofizikai – jomām, kas tradicionāli pētītas ar augstas enerģijas daļiņu paātrinātājiem. Paredzams, ka ELI var radīt pilnīgi jaunu pieeju fundamentālās fizikas izpētei. Lāzeru ultrarelatīviskā intensitāte ir ELI“kodols”, kas nodrošina:

— augstāko elektromagnētisko lauku,

— iespēju gaismai pārvietot matēriju, elektronus un jonus relatīvistiskā ātrumā,

— radīt konsekventu vai nekonsekventu augstas enerģijas starojumu X vai γ,

— iespēju radīt daudz īsākus impulsus, nekā tas iespējams pašlaik, galu galā pat vēl īsākus nekā atosekundes diapazons.

Šīs četras unikālās iezīmes atsevišķi vai visas kopā piedāvā jaudīgu, strukturālu un dinamisku rīku jaunu kopumu.

3. ELI IEKĀRTAS SAISTĪBĀ AR EKSTREMĀLĀS GAISMAS INFRASTRUKTŪRU ERIC

Piekļuve ELI iekārtām notiks konkursa kārtībā, būs starptautiska un pieejama lietotājiem no dalībvalstīm un ārpus tām, pamatojoties uz ELI ERIC statūtu 2. panta 2. punkta a) apakšpunktu, kā arī ELI ERIC piekļuves politiku lietotājiem, kas noteikta ELI ERIC statūtu 6. pantā, kā arī principiem, kas noteikti Eiropas Savienības Hartā par piekļuvi pētniecības infrastruktūrām (2). Attiecībā uz visu “lietotāju piekļuvi” ir jāveic salīdzinošā izvērtēšana. ELI ERIC nodrošinās vienotu piekļuves punktu lietotājiem, kas atsauksies uz vienotu uzaicinājumu iesniegt priekšlikumus, ieskaitot visas pieejamās ELI iekārtu spējas integrētā veidā.

No zinātniskā aspekta piekļuve ir “atvērta” – tas nozīmē, ka ELI iekārtas ir pieejamas potenciālajiem pētniekiem no dalībvalstīm, kā arī no valstīm, kas nav dalībvalstis. Arī tas, ka priekšlikumi tiks izskatīti konkursa procedūrā un ir “atvērti”, nozīmē, ka dati un publikācijās ietverto datu iespējamais izmantojums ir pieejami ikvienam un tos var pārskatīt ikviens.

Papildus “atvērtajai” piekļuvei ir arī “ar īpašumtiesībām aizsargātā” piekļuve, par kuru lietotājs maksā, un tas nozīmē, ka rezultāti datu veidā var būt lietotāja īpašums un var būt “slēgti”.

Visbeidzot, pastāvēs arī piekļūšanas iespējas, kas būs saistītas ar mērķiem, kuru pamatā ir “misija”. Tā var būt tematiski vadīta pētniecība konkrētās disciplīnās un var ietvert arī tehnoloģiju izstrādi, kas izpaužas kā sadarbība inovāciju un iepirkuma jomā. Apmācība un izglītība spēju veidošanai ir viena no prioritātēm dalībniekiem un Eiropas Pētniecības telpai, bet tā var būt arī prioritāte tiem, kas nav dalībnieki.

Uzņēmējdalībnieki apņemas darīt ELI iekārtas pieejamas ELI ERIC sava ieguldījuma ietvaros. Šis uzņēmējdalībnieku bezizmaksu ieguldījums ir sabiedrības interesēs, un izmaksas, kas saistītas ar ieguldījumiem būvniecībā, netiek amortizētas vai iekļautas darbības izmaksās. Pieejamības koncepcija neparedz, nenozīmē vai neizslēdz ne daļēju, ne pilnīgu īpašumtiesību uz iekārtām nodošanu. Pieejamības nozīme šajā konkrētajā kontekstā ir noteikta un saskaņota starp ELI ERIC un tās uzņēmējdalībniekiem kā pilnīga piekļuve attiecīgajām iekārtām, to kontrole un atbildība par tām. Tā tiek likumīgi reglamentēta ar īpašiem nolīgumiem par iekārtu ekspluatāciju starp ELI ERIC, uzņēmējdalībnieku un – attiecīgā gadījumā – ELI iekārtu īpašniekiem.

Minētie nolīgumi attiecas uz iekārtu ekspluatāciju, atbalstu un pārvaldību, un tajos tieši atsaucas uz ELI ERIC statūtiem, lai noteiktu to juridisko pamatu. Tajos ņem vērā agrāk pastāvējušās saistības, atbildību un pienākumus, ieskaitot tos, kas noteikti Eiropas strukturālo un investīciju fondu (tālāk tekstā “ESIF”) izpildprojektos. Nolīgumus plašāk apspriež ELI ERIC pārvaldības darbību modelī, un tajos ietver divu veidu starpposma mērķrādītājus attiecībā uz pieejamību:

— tehniskie starpposma mērķrādītāji – aprakstīti tālāk, proti, īpaši instrumentu kopumi un eksperimentālās stacijas, iekārtas darbojas un gatavas lietotājam, tās ieteikusi izvērtēšanas komisija, kurā ir neatkarīgi eksperti, un tās apstiprinājusi ELI ERIC kopsapulce,

— organizatoriskie starpposma mērķrādītāji – organizatoriskos starpposma mērķrādītājus nosaka neatkarīgi katrai ELI iekārtai.

Šai pieejai ir jābūt saskanīgai ar ELI ERIC statūtos noteikto mērķi infrastruktūrai darboties kā atsevišķam tiesību subjektam un attīstīties līdzīgā virzienā kā citas vadošās pētniecības infrastruktūras, t. i., vienotas integrētas organizācijas un pārvaldības virzienā, kā noteikts ELI ERIC statūtu 3. panta 1. punktā.

Tālākajās iedaļās ir sniegti sīki apraksti par katru ELI iekārtu un arī noteikts katras iekārtas būtiskais zinātniskais un tehniskais raksturs. Tas veido svarīgu pamatu pirmāk aprakstītajai pieejai ELI iekārtas darīt pieejamas. Ir aprakstīts arī “lietotāju piekļuves” pieejamības laiks katrai iekārtai un tās attiecīgās aplēstās turpmākās darbības izmaksas par pirmajiem trīs gadiem, ieskaitot “pastāvīgas darbības režīma” pirmos divus gadus. Minētajās iedaļās ir īsi aprakstīts katras ELI iekārtas juridiskais statuss un tas, kā tas var ietekmēt piekļuvi nākotnē attiecībā uz ELI ERIC.

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

Iekārta ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) Segedā (Ungārijā) starptautiskai kopienai ELI ERIC ietvaros darīs pieejamus vairākus starojuma un daļiņu avotus, kas, darbojoties stabili un atbilstoši specifikācijām, raidīs ultraīsus enerģētiskos impulsus un koherento starojumu atosekundes (10–18 s) laika diapazonā. Tā ir vienkopus izvietota jauna iekārta, kas aizņem vairāk nekā 24 000 m2 platību, un ir paredzams, ka tajā būs nodarbināti aptuveni 200 darbinieku.

Iekārtas ELI-ALPS pašreizējais īpašnieks un būvētājs ir ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU) – neatkarīgs valstij piederošs bezpeļņas uzņēmums, kurā 90 % akciju pieder Ungārijas valstij, bet 10 % pieder vietējām ieinteresētajām personām. ELI-HU ir pilnīga neatkarība un juridiskās personas statuss Ungārijā.

4.1. Tehniskā struktūra un avoti

Pētniecības iekārtas ELI-ALPS, kas atrodas Segedā, galvenais uzdevums ir starptautiskās zinātniskās kopienas lietotāju grupām darīt pieejamus vairākus ultraīsās gaismas avotus. Būtiska šīs infrastruktūras pētniecības iniciatīva ir ar lāzeru darbināmi sekundāri avoti, kas izstaro koherento ekstremālo ultravioleto starojumu (XUV) un rentgena starojumu un kas ir ierobežoti atosekunžu impulsos. Iekārtas pakārtotais mērķis ir sniegt ieguldījumu nepieciešamajā zinātniskajā un tehnoloģiskajā attīstībā, kas vajadzīga augstas maksimumintensitātes un lielas vidējās jaudas lāzeriem.

1. tabula

ELI-ALPS paredzētie veiktspējas parametri lāzeru avotiem pie lāzeru izejas jaudas

PRIMĀRIE LĀZERU AVOTI Maksimumjauda Vidējā jauda Impulsu enerģija Impulsu ilgums Atkārtošanās ātrums ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cikli < 1,9 cikli 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 cikli (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cikli (< 42 fs) 100 kHz MIR HE paredzēta modernizācija ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ @ 3 μm ~ 20 mJ @ 1,5 μm ~ 3 cikli (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cikli (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 paredzēta modernizācija ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cikli (~ 8 fs) 1 kHz SYLOS eksperimentālā pielāgošana 3 TW 0,4 W > 40 mJ < 12 fs 10 Hz HF PW > 2 PW 340 W 34 J 17 fs 10 Hz THz Pump > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

ELI-ALPS infrastruktūra nodrošina lietotājiem zinātniskās pētniecības un rūpniecisko lietojumu jomās primāros lāzeru impulsus apvienojumā ar iespaidīgu virkni sinhronizētu sekundāro gaismas un daļiņu impulsu. Avotu parametru ievērojamās iezīmes cita starpā ir šādas:

— dažu ciklu impulsi no tetrahercu/infrasarkanajiem līdz petahercu/ultravioletajiem, ar iespaidīgu atkārtošanās ātrumu no 10 Hz līdz 100 kHz,

— atosekunžu ekstremālā ultravioletā starojuma mīksto un cieto rentgenstaru impulsi ar atkārtošanās ātrumu no 10 Hz līdz 100 kHz un impulsa enerģiju diapazonā no dažiem μJ līdz mJ,

— relatīvistisku un ultrarelatīvistisku daļiņu un telpiski koherentu rentgenstaru avoti ar femtosekundes ilgumu,

— kontrolētas ultrarelatīvistiskas impulsu formas ar īpašu augstu kontrastu ar dažu Hz un kHz atkārtošanās ātrumu.

Paralēls ELI-ALPS uzdevums ir kopā ar citām ELI iekārtām sniegt ieguldījumu tehnoloģiju attīstībā, lai izstrādātu lielas maksimumjaudas un lielas vidējās jaudas lāzerus jo īpaši atozinātnei un attiecīgiem lietojumiem. Tas, ka vienā un tajā pašā iekārtā līdztekus pastāv atosekunžu impulsi un mūsdienīgi lāzeri, to vidū PW klases lāzeri, nodrošina unikālas laikatkarīgas izpētes iespējas gan nerelatīvistiskajai, gan relatīvistiskajai gaismas mijiedarbībai ar vielu visos četros agregātstāvokļos.

ELI-ALPS iekārta īpaši koncentrējas uz rūpniecisko lietojumu stimulāciju, izmantojot plašāku ietekmi, ņemot vērā arī iespējamo spēcīgo ietekmi uz tai apkārt esošo teritoriju, kurā atradīsies liels zinātnes parks.

2. tabula

ELI-ALPS starpposma mērķrādītāji attiecībā uz lāzeru avotiem

ELI-ALPS LĀZERU AVOTU PIEEJAMĪBA EKSPLUATĀCIJAS SĀKUMS LIETOTĀJU PIEKĻUVE HR1 10.2017. Pieejams (0,8 mJ, < 1,9 cikli) 11.2021. (pilnas specifikācijas) HR2 3.2021. 5.2021. MIR 10.2017. Pieejams MIR HE – PAREDZĒTA MODERNIZĀCIJA 10.2022. 1.2023. SYLOS2 3.2019. Pieejams SYLOS3 – PAREDZĒTA MODERNIZĀCIJA 10.2022. 1.2023. SYLOS EKSP. PIELĀGOŠANA 12.2018. Pieejams HF PW 5.2018. 10.2021. THZ PUMP 1.2021. 3.2021.

4.2. Eksperimentālās stacijas

2. attēls

ELI-ALPS eksperimentālo staciju izvietojums

ELI-ALPS piedāvā daudzus mūsdienīgus ultraīsus augstas intensitātes lāzeru impulsus apvienojumā ar progresīviem sekundārajiem avotiem un uzlabotām lietotāju galastacijām, kas radīs izcilu vidi fundamentālajiem un lietišķajiem zinātniskajiem pētījumiem. Ir dažas jomas, kurās ELI-ALPS būs pasaules līderis jau no paša sākuma:

— valences un kodola elektronu zinātne – valences un kodola elektronu dinamiku mazās sistēmās var individuāli uzraudzīt un kontrolēt ar atosekunžu impulsu mijiedarbībām,

— ultraātras strukturālās dinamikas un korelācijas ietekmes vizualizācija – avotu kombinācijas ar ultraīsiem impulsiem un īsiem viļņu garumiem ļauj vizualizēt uzlādes dinamiku sarežģītās un (cieši) savstarpēji saistītās sistēmās,

— ultraātra virsmas un kondensētās matērijas dinamika – papildus mūsdienīgam augstam atkārtošanās ātrumam atosekunžu avoti apvienojumā ar sarežģītu NanoEsca lietotāju galastaciju paver unikālas iespējas virsmas un kondensētās matērijas zinātnē,

— plazmas atozinātne – lai izpētītu, optimizētu un piemērotu apakšcikla emisiju procesus nolūkā izpētīt relatīvistisko virsmas dinamiku, relatīvistisko impulsu veidošanu, radiobioloģiju utt., tiks izmantoti relatīvistiski dažu ciklu impulsi vai PW impulsi ar augstu telpas un laika kontrastu,

— THz starojuma pētniecība – būs pieejami augstas intensitātes ultraīsi THz avoti ar agrāk nebijušu maksimālo elektriskā lauka stiprumu (līdz 5 Mv/cm) un 1 mJ impulsa enerģiju 0,1–2 THz frekvenču diapazonā.

Ņemot vērā šo ELI unikālo augsta atkārtošanās ātruma starojuma avotu kombināciju, kas aptver elektromagnētisko spektru no rentgenstariem līdz infrasarkanajiem stariem un Thz, šī iekārta ir ļoti pievilcīga pētījumiem sarežģītās, lietišķās sistēmās. Lietišķo pētījumu jomas ietver jaunus atosekunžu avotus, jaunus daļiņu avotus, nanotehnoloģiju, kultūras mantojumu, bioattēlveidi un biomedicīniskus lietojumus, piemēram, fāžu kontrastu tomogrāfiju un multidimensionālo spektroskopiju.

3. tabula

ELI-ALPS sekundāro avotu starpposma mērķrādītāji

ELI-ALPS SEKUNDĀRIE AVOTI EKSPLUATĀCIJAS SĀKUMS PIEKĻUVE LIETOTĀJIEM GHHG HR1 UN HR2 GAS (LTA4) 8.2018. 12.2021. (HR1) 7.2021. (HR2) GHHG HR1 UN HR2 CONDENSED (LTA3) 10.2020. 12.2021. (HR1) 7.2021. (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) 3.2020. 7.2021. GHHG SYLOS LONG (LTA1) 1.2021. 2.2022. SHHG SYLOS (MTA) 11.2021. 1.2023. SHHG HF (HTA) 6.2022. 1.2023. MIR HE GENERATED ATTO – PAREDZĒTA MODERNIZĀCIJA 1.2023. 4.2023. THZ SPECTROSCOPY (THZ) 10.2019. 2.2020. THZ HIGH ENERGY (THZ) 7.2021. 12.2021. ELECTRON- SYLOS (MTA) 12.2021. 4.2022. ELECTRON PW – PAREDZĒTA MODERNIZĀCIJA (HTA) 1.2023. 4.2023. ION BEAMLINE – IESPĒJAMA MODERNIZĀCIJA 9.2023. 12.2024.





4. tabula

ELI-ALPS eksperimentālo staciju starpposma mērķrādītāji

EKSPERIMENTĀLĀS STACIJAS ELI-ALPS EKSPLUATĀCIJAS SĀKUMS PIEKĻUVE LIETOTĀJIEM REAKCIJAS MIKROSKOPS 6.2021. 9.2021. VMI SPEKTROMETRA GALASTACIJA 8.2020. 10.2020. KONDENSĒTĀS MATĒRIJAS STACIJA (NANOESCA) 12.2019. 6.2020. (atsevišķi) 7.2021. (ar atosekundi) MAGNĒTISKĀS PUDELES E SPEKTROMETRS 4.2021. 12.2021. NANOZINĀTNE UN NANOIZGATAVOŠANA 6.2018. 12.2019. BETATRONU ATTĒLVEIDE – PAREDZĒTA MODERNIZĀCIJA 4.2023. 12.2023. ĶĪMISKĀS REAKCIJAS KONTROLES STACIJA 6.2020. 8.2020. ŠĶIDRUMA STRŪKLAS APAKŠSTACIJA 4.2022. 8.2022. MULTIDIMENSIONĀLĀ SPEKTROSKOPIJA (FEMTOBIOLOĢIJA) – PAREDZĒTA MODERNIZĀCIJA 8.2021. 12.2021. AUGSTA LAUKA FIZIKAS STACIJA (PW MĒRĶA JOMA) 12.2022. 2.2023. RADIOBIOLOĢIJA/BIOMEDICĪNA 8.2018. 2.2020.

Tabulā ir uzskaitītas stacijas, kurām paredzēts turpmākajos gados kļūt pieejamām ELI ERIC“Lietotāju piekļuves” ietvaros. Tās ir kritiskie tehniskie starpposma mērķrādītāji ELI-ALPS un Ungārijai kā uzņēmējvalstij attiecībā uz ELI ERIC. Paredzams, ka stacijas kļūs pieejamas dažādos laikos. Tiklīdz pēdējā eksperimentālā stacija būs atvērta lietotāju piekļuvei, tiks uzskatīts, ka iekārta ir pārgājusi “pastāvīgas darbības” režīmā. Turklāt tabulā ir norādīta paredzētā iekārtas modernizācija, ko nākotnē izskatīs un apsvērs ELI ERIC.

Kad tiks sākta primāro lāzeru un paātrinātāju avotu laišana ekspluatācijā, sākotnējās lietotāju grupas palīdzēs raksturot avotus un pabeigt eksperimentālo staciju būvniecību. Šīs darbības tiek pārvaldītas un uzsāktas tieši ar ELI-ALPS starpniecību. Kopš 2017. gada beigām, kad sāka darboties pirmie lāzeri (MIR, HR1), jau ir nodrošināta piekļuve palīdzībai laišanā ekspluatācijā pirmajām starptautiskajām ekspluatācijas lietotāju grupām (FORTH Greece, ETH Zurich, CEA France, Ebreju universitātei, Freiburgas Universitātei, Orhūsas Universitātei, Limožas Universitātei, MPQ Garching, Frīdriha Šillera Jēnas Universitātei, Kvandžu Zinātnes un tehnoloģijas institūtam Dienvidkorejā, Vīgnera Pētniecības institūtam Ungārijā).

Kad katra eksperimentālā stacija ir laista ekspluatācijā un sāk darboties ar funkcionējoša primārā avota un/vai sekundārā avota atbalstu, var sākt lietotāju piekļuves programmu un ELI ERIC var sākt pieņemt priekšlikumus par šīm stacijām.

Katras eksperimentālās stacijas apstiprināšana un pieņemšana tiks uzraudzīta, un oficiāla “ekspluatācijas pieņemšanas izvērtēšanas grupa”, kuras sastāvā ir neatkarīgi eksperti, eksperti no ELI-ALPS un eksperti no citām ELI iekārtām, apstiprinās gatavību lietotājiem un sniegs oficiālu ieteikumu ISTAC un ELI ERIC kopsapulcei.

4.3. Lietotāju piekļuve un darbības režīmi

Piekļuves režīms būs zināms citu vadošo lāzeru un pētniecības iekārtu lietotājiem. Paredzams, kas eksperimenti tiks veikti vairākas dienas un dažos gadījumos vairākas nedēļas. Vispārīgi iekārtas mērķis ir būt pieejamai [220 dienas gadā x 8 stundas dienā] kopumā 1 760 stundas gadā.

4.4. Aspekti saistībā ar darbībām un attiecībām starp ELI ERIC un ELI-ALPS

Lai gan ELI ERIC ir pilnvarots pārvaldīt piekļuvi ELI-ALPS iekārtai, kad tā kļūs pieejama, iekārtas fiziskā objekta īpašnieks ir ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), kas arī iekārtu sākumā tieši pārvaldīs. Tas ir “pētniecības organizācija”, lai varētu piemērot valsts atbalsta noteikumus par pētniecību un izstrādi.

Papildus svarīgajiem tehniskajiem un zinātniskajiem starpposma mērķrādītājiem, kas uzskaitīti pirmāk, ir arī organizatoriski starpposma mērķrādītāji, kas saistīti ar ELI-ALPS vispārējo integrāciju ELI ERIC. Šie organizatoriskie starpposma mērķrādītāji ir uzskaitīti tālāk tabulā.

5. tabula

ELI-ALPS aplēstie organizatoriskie starpposma mērķrādītāji

ELI-ALPS INTEGRĒTAIS ORGANIZĀCIJAS MODELIS 2020 2021 2022 PĀRVALDĪBA X X X ZINĀTNES POLITIKA X X X LIETOTĀJU PIEKĻUVE — X X BUDŽETS — X X NODARBINĀTĪBAS POLITIKA — — X TEHNOLOĢIJU PĀRVALDĪBA — — X IEKĀRTU PĀRVALDĪBA — — X JURIDISKIE JAUTĀJUMI UN ATBILDĪBA — X X ADMINISTRATĪVIE JAUTĀJUMI — X X

ELI-ALPS gadījumā darbības tiks nodotas ELI ERIC vismaz divu gadu laikā, bet dažas darbības tiks nodotas perioda beigās. Kopā ar tehniskajiem starpposma mērķrādītājiem, kas uzskaitīti attiecībā uz eksperimentālajām stacijām, var noteikt vispārējo nodošanas plānu.

Tālāk tabulā ir uzskaitītas aplēstās izmaksas, kas attiecas uz lietotāju piekļuvi un ELI-ALPS radīsies, ekspluatējot iekārtu ELI ERIC vajadzībām pārejas periodā no 2020. līdz 2021. gadam. Šis ir laika periods, kad, kā tiek pieņemts, saistības, resursi un aktīvi pāries pārvaldības atbildībā no ELI-HU uz ELI ERIC.

6. tabula

ELI-ALPS aplēstās piekļuves izmaksas

EUR ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Personāla tiešās izmaksas 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Aparatūras tiešās izmaksas 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Personāla + aparatūras izmaksas 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Personāla un aparatūras izmaksu īpatsvars attiecībā pret kopējām izmaksām 27 % 37 % 42 % 42 % Netiešās izmaksas 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 ELI-ALPS kopējās izmaksas 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

Iekārta ELI-Beamlines (ELI-BL) , kas atrodas Dolní Břežany, netālu no Prāgas (Čehijā) – pat tās nosaukums atspoguļo tās spēju atbalstīt vairākus dažādus eksperimentus plašam lietotāju lokam, piedāvājot dažādu lāzeru līniju pieejamību. Tā ir paredzēta, lai piedāvātu augstas enerģijas un liela atkārtošanās ātruma spējas. Tā ir vienkopus izvietota jauna iekārta, kas aizņem vairāk nekā 30 000 m2 platību, un ir paredzams, ka tajā būs nodarbināti aptuveni 200–300 lietotāju atbalstu darbinieku.

Šīs iekārtas īpašnieks un pārvaldītājs ir Čehijas Zinātņu akadēmijas Fizikas institūts, kas ir pilnīgi neatkarīgs un kam kā publiskai pētniecības iestādei Čehijā ir juridiskas personas statuss.

5.1. Tehniskā struktūra un avoti

7. tabula

ELI-BL paredzētie veiktspējas parametri lāzeru avotiem

PRIMĀRIE LĀZERU AVOTI Maksimumjauda Enerģija impulsā Impulsu ilgums Atkārtošanās ātrums ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, divkrāsu 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 šāviņš minūtē L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 šāviņš minūtē L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs–150 ps 1 šāviņš minūtē Astrella 6 un 10 mJ 20 fs 1 kHz Biolāzers 6 mJ CEP stabilizācija 20 fs 1 kHz





8. tabula

ELI-BL Beamlines starpposma mērķrādītāju datumi attiecībā uz piekļuvi

ELI-BL LĀZERU AVOTI EKSPLUATĀCIJAS SĀKUMS LIETOTĀJU PIEKĻUVE L1 1.2018. 12.2019. (30 mJ) 12.2020. (50 mJ) 12.2021. (100 mJ) L2 1.2022. 6.2022. L3 11.2017. 7.2018. (0,4 PW) 12.2019. (1 PW) L4F 9.2018. 6.2020. L4N 9.2018. 1.2021. L4P 6.2022. 12.2022. ASTRELLA 2.2018. 4.2018. BIOLĀZERS 4.2018. 6.2018.

Ir likts liels uzsvars uz iespējamiem lietojumiem dažādās sociāli nozīmīgās jomās, piemēram, medicīnā vai bioloģijā. ELI-BL kopā ar savienoto HiLASE centru (kura īpašnieks un pārvaldītājs arī ir Čehijas Zinātņu akadēmijas Fizikas institūts), kas veltīts lāzeru tehnoloģiju izstrādei un nodošanai un kas jau darbojas kā uzņēmumu un jaunuzņēmumu piesaistītājs dažādās jomās tā dēvētajā STAR reģionā (zinātnes un tehnoloģiju attīstības reģions), kurš ieskauj iekārtu ELI-BLE, rada labvēlīgu vidi intensīvai sadarbībai starp pētniecību un rūpniecību.

5.2. Eksperimentālās stacijas

3. attēls

ELI-BL eksperimentālo staciju izvietojums

Ultraīsi un ultraintensīvi gaismas un daļiņu impulsi, ko rada mijiedarbība ar cietiem un gāzveida mērķmateriāliem, ļaus īstenot plašu projektu klāstu fundamentālajā un lietišķajā zinātnē tādās jomās kā ķīmija, bioloģija, medicīnas tehnoloģijas, jaunu materiālu izstrāde, kā arī citās jomās. Pētnieciskās darbības ELI-BL iekārtā ir strukturētas sešās eksperimentālās zālēs.

9. tabula

ELI-BL sekundārie avoti / staru kūļu līnijas un starpposma mērķrādītāji

ELI-BL SEKUNDĀRIE AVOTI AVOTS EKSPLUATĀCIJAS SĀKUMS PIEKĻUVE LIETOTĀJIEM E1: RENTGENSTARU AVOTI HHG 2.2018. 1.2019. E1: RENTGENSTARU AVOTI PXS 3.2018. 4.2019. E2: RENTGENSTARU AVOTI Betatrons 6.2019. 11.2019. E2: RENTGENSTARU AVOTI – FINANSĒTA MODERNIZĀCIJA Komptons 1.2020. 12.2020. E5: LĀZERA ONDULATORA RENTGENSTARU AVOTI LUIS 3.2019. 6.2020. E4: JONU PAĀTRINĀŠANA ELIMAIA 11.2018. 10.2019. E5: ELEKTRONU PAĀTRINĀŠANA HELL 1.2019. 3.2020.





10. tabula

ELI-BL eksperimentālās stacijas un starpposma mērķrādītāji

ELI-BL EKSPERIMENTĀLĀS STACIJAS STACIJA EKSPLUATĀCIJAS SĀKUMS PIEKĻUVE LIETOTĀJIEM E1: MATERIĀLU UN BIOMOLEKULĀRIE LIETOJUMI MAC 4.2018. 1.2019. E1: MATERIĀLU UN BIOMOLEKULĀRIE LIETOJUMI Trex 6.2018. 5.2019. E1: MATERIĀLU UN BIOMOLEKULĀRIE LIETOJUMI SRS 6.2018. 3.2019. E1: MATERIĀLU UN BIOMOLEKULĀRIE LIETOJUMI ELIps 9.2018. 3.2019. E2: RENTGENSTARU AVOTI – FINANSĒTA MODERNIZĀCIJA Compton stacija 7.2021. 7.2022. E5: LĀZERA ONDULATORA RENTGENSTARU AVOTI LUIS stacija 3.2019. 6.2021. E3: PLAZMAS FIZIKAS PLATFORMA P3 9.2018. 10.2020. E4: JONU PAĀTRINĀŠANA ELIMED 11.2018. 1.2021. E5: ELEKTRONU PAĀTRINĀŠANA ELBA stacija 1.2019. 7.2021.

Eksperimentālajā zālē E1 ir izvietoti sekundārie avoti un eksperimentālās galastacijas lietojumiem molekulārajās, biomedicīnas un materiālu zinātnēs. Eksperimentos tiks izmantoti sinhronizēti lāzera fotonu staru kūļi VUV un cieto rentgenstaru diapazonos (augstas harmonikas avots – koherentā staru kūlī ar zemu diverģenci emitētu ultraīsu EUV impulsu kHz avots un plazmas rentgenstaru avots – rentgena starojuma femtosekunžu impulsi spektrālajā diapazonā 4–30 keV).

Instrumenti cita starpā ir šādi:

— MAC: daudzfunkcionāla kamera atomiskajām, molekulārajām un optiskajām zinātnēm un koherentai difraktīvai attēlveidei,

— ELIps – VUV elipsometrs sub-ps eksperimentiem; galastacija VUV un mīksto rentgenstaru materiāliem,

— cieto rentgenstaru galastacija – modulāra stacija laikatkarīgiem eksperimentiem (Time Resolved Experiments), piemēram, izkliedei, difrakcijai, spektroskopijai un attēlveidei ar rentgenstariem,

— optiskās zondes un sūkņu staru kūļi – uzlabota stacija optiskajai spektroskopijai, tostarp stimulētai Ramana izkliedei; avots plašam sinhronizētu sūkņa staru kūļu klāstam no UV līdz IR un THz.

Eksperimentālā zāle E2 ir paredzēta ultraātriem un spilgtiem cieto rentgenstaru kūļiem. Būs pieejams PW klases lāzers ar 10 Hz atkārtošanās ātrumu. Var pielāgot vairākus parametrus, tostarp lāzera intensitāti, lāzera punkta lielumu un ilgumu un elektronu blīvumu gāzē. Elektroni tiek paātrināti līdz relatīvistiskai enerģijai, un tos tricina pati plazma (Betatron avots) vai sekundārs lāzera impulss (Compton avots). Intensīvi femtosekundes rentgenstaru vai gamma staru kūļi tiek emitēti no mikronu izmēra avota. Lietotāji var pieprasīt šaura spektra (10 % enerģijas izkliede) vai platjoslas starojumu spektrālajā diapazonā no keV līdz dažiem MeV.

Plazmas fizikas platforma, kas atrodas eksperimentālajā zālē E3, ir daudzfunkcionāla eksperimentāla infrastruktūra, kas paredzēta lāzera–plazmas un lāzera–matērijas mijiedarbības pētījumu veikšanai galvenokārt šādās jomās:

— augsta enerģijas blīvuma fizika (HEDP),

— siltā blīvā matērija (WDM),

— plazmas optika (PO),

— laboratorijas astrofizika (LA),

— īpaši augstas intensitātes mijiedarbība (UHI).

Eksperimentālā platība E4 ļauj lietotājiem testēt dažādus paraugus ar lāzera paātrinātu jonu avotiem, jo tajā ir jonu kūļu transporta un dosimetrijas sekcija, kā arī izpētīt inovatīvas shēmas lāzerizraisītai jonu paātrināšanai, ko var veikt elastīgajā mijiedarbības kamerā. ELIMAIA staru kūļa līnija ļauj lietotājam izpētīt daudzdisciplinārus lietojumus, izmantojot lāzerizraisītus jonu starus, piemēram, in-vitro starojuma bioloģijas un preklīniskos pētījumus ELIMED starptautiskās sadarbības ietvaros.

Eksperimentālajā zālē E5 ir LUIS staru kūļa lāzers, kas paredzēts lietotājiem, kuri ir ieinteresēti dažādu paraugu apstarošanā, izmantojot visprogresīvākās metodes. Tajā ir arī izvietota ELBA platforma – elastīga eksperimentāla platība, kas paredzēta lietotājiem, kuri vēlas testēt inovatīvas koncepcijas un izmantot visprogresīvākās tehnoloģijas elektronu paātrināšanai ar lāzeriem multi-GeV līmeņos.

Papildus ELI-BL iekārtas sākotnējam tvērumam tabulā ir norādīti arī iekārtas jaudas uzlabojumi un modernizācijas pasākumi, kas jau finansēti speciālajos projektos ADONIS, HIFI un ELIBIO un kas ELI ERIC nākotnē jāpārskata un jāņem vērā.

Katras eksperimentālās stacijas apstiprināšana un pieņemšana tiks uzraudzīta, un oficiāla “ekspluatācijas pieņemšanas izvērtēšanas grupa”, kuras sastāvā ir neatkarīgi eksperti, eksperti no ELI-BL un eksperti no citām ELI iekārtām, apstiprinās gatavību lietotājiem un sniegs oficiālu ieteikumu ISTAC un ELI ERIC kopsapulcei.

5.3. Lietotāju piekļuve un darbības režīmi

Piekļuves režīms būs zināms citu vadošo lāzeru un pētniecības iekārtu lietotājiem. Paredzams, kas eksperimenti tiks veikti vairākas dienas un dažos gadījumos vairākas nedēļas. Vispārīgi iekārtas mērķis ir būt pieejamai [220 dienas gadā x 8 stundas dienā] kopumā 1 760 stundas gadā.

5.4. Aspekti saistībā ar darbībām un attiecībām starp ELI ERIC un ELI-BL

Lai gan ELI ERIC ir pilnvarots pārvaldīt piekļuvi ELI-BL iekārtai, kad tā kļūs pieejama, iekārtas fiziskā objekta īpašnieks ir Čehijas Zinātņu akadēmijas Fizikas institūts, kam ir pilnīga neatkarība un juridiskās personas statuss Čehijā un kas arī iekārtu sākumā tieši pārvaldīs. Tas ir “pētniecības organizācija”, lai saņemtu valsts atbalstu pētniecībai un izstrādei.

Papildus uzskaitītajiem svarīgajiem tehniskajiem un zinātniskajiem starpposma mērķrādītājiem ir arī organizatoriski starpposma mērķrādītāji, kas saistīti ar ELI-BL vispārējo integrāciju ELI ERIC. Minētie organizatoriskie starpposma mērķrādītāji ir uzskaitīti tabulā tālāk un ir sīki aprakstīti papildinājumā “Pārvaldības darbību modelis”.

11. tabula

ELI-BL aplēstie organizatoriskie pārejas starpposma mērķrādītāji

ELI-BL INTEGRĒTAIS MODELIS 2020 2021 2022 PĀRVALDE X X X ZINĀTNES POLITIKA X X X LIETOTĀJU PIEKĻUVE — X X BUDŽETS — X X NODARBINĀTĪBAS POLITIKA — — X TEHNOLOĢIJU PĀRVALDĪBA — — X VIETAS PĀRVALDĪBA — — X JURIDISKIE JAUTĀJUMI UN ATBILDĪBA — X X ADMINISTRATĪVIE JAUTĀJUMI — X X

Čehija apņemas pilnīgu ELI-BL iekārtu spēju darīt pieejamu ELI ERIC.

Tālāk tabulā uzskaitītas aplēstās izmaksas, kas ELI-BL radīsies, ekspluatējot iekārtu saistībā ar lietotāju piekļuvi ELI ERIC 2020.–2021. gada periodā jeb “pārejas periodā”. Šis ir laika periods, kad, kā tiek pieņemts, saistību, resursu un aktīvu pārvaldība no Čehijas Zinātņu akadēmijas Fizikas institūta pāries ELI ERIC atbildībā.

12. tabula

ELI-Beamlines aplēstās piekļuves izmaksas

EUR ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Personāla tiešās izmaksas 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Aparatūras tiešās izmaksas 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Personāla + aparatūras izmaksas 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Personāla un aparatūras izmaksu īpatsvars attiecībā pret kopējām izmaksām 51 % 52 % 53 % 53 % Netiešās izmaksas 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 ELI-BL kopējās izmaksas 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. APLĒSTĀS IZMAKSAS

Lai paredzētu nosacījumus, kas vajadzīgi ilgtermiņa ilgtspējas sasniegšanai, ir sīki jāizklāsta izmaksas un iespējamie finanšu avoti. Kā paredzēts ELI ERIC statūtos, vispārējos principus ELI iekārtu izmantošanai dokumentē atsevišķā politikā, par ko vienojas kopsapulce, un dalībnieku iemaksu sadalījums darbības izmaksu segšanā ir noteikts II pielikumā, kurā paredzēti arī priekšnosacījumi, lai izvairītos no būtiskas un ilgstošas nelīdzsvarotības starp izmantošanu un katra dalībnieka finansiālajiem/naturālajiem ieguldījumiem.

Turpinājumā ir norādīti pamatelementi izmaksu noteikšanai un tos var sagrupēt šādās kategorijās:

1) būvniecība – kapitāla ieguldījumu izdevumi (CAPEX) pirms darbībām;

2) darbības – darbības izdevumi (OPEX) saistībā ar salīdzinoši izvērtētu piekļuvi;

3) turpmāka modernizācija – jauni ieguldījumi (CAPEX), kas vajadzīgi, lai uzlabotu specifikācijas un pieejamos instrumentus, reaģējot uz konkurenci un lietotāju prasībām.

Tālākais teksts attiecas uz 1. punkta (būvniecība) un 2. punkta (darbības) aspektiem.

6.1. Būvniecība

ELI iekārtu kopējie ieguldījumi (būvniecības izmaksas) būs aptuveni 556 miljoni EUR būvniecības periodā, kā sīki atspoguļots 13. tabulā.

13. tabula

ELI iekārtu būvniecības izmaksas

EUR POZĪCIJA ELI-BL ELI-ALPS ELI ĒKA + ZEME 94 643 000 88 705 000 183 348 000 TEHNOLOĢIJA 181 876 000 105 435 000 287 311 000 PAKALPOJUMI 7 601 000 9 788 000 17 389 000 PERSONĀLS 41 206 000 27 484 000 68 690 000 KOPĀ 325 326 000 231 412 000 556 738 000

Šīs izmaksas pilnībā sedz uzņēmējvalstis no ESIF un valsts fondiem, pamatojoties uz projektiem, ko apstiprināja un uzraudzīja valstu vadošās iestādes. Ieguldījumu apmērs bija aptuveni 25 % ēkās, 65 % tehnoloģijā un 10 % personālā un pakalpojumos. No ELI ERIC aspekta šīs izmaksas ir neatgūstamas un netiks iekļautas ELI ERIC darbības izmaksās. Sākotnējās ieguldījumu vai būvniecības izmaksas netiks segtas no iemaksām, kas rezervētas tikai sākotnējām darbībām, pastāvīgā darbības režīma darbībām un modernizācijai.

6.2. Darbības

Uzņēmējdalībnieku saistības ļauj citiem dalībniekiem, kas nav uzņēmējdalībnieki, noteikt pakāpenisku pieeju savām turpmākajām saistībām un sasniegt ELI ERIC ilgtermiņa ilgtspēju, pamatojoties uz dalībnieku iemaksām.

14. tabula

Aplēstās ELI ERIC darbības izmaksas saistībā ar ELI iekārtām

EUR ELI ERIC darbību izmaksas 2020 2021 2022 2023 2024 Tiešās personāla izmaksas 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Tiešās aparatūras izmaksas 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Netiešās izmaksas 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 ELI iekārtas – kopā 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 ELI ERIC mītne 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 ELI ERIC – kopā 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Dalībnieku, kas nav uzņēmējdalībnieki, ienākšana sākotnējo darbību periodā ļauj pakāpeniski palielināt iemaksas pēc ELI ERIC izveides un pieņemt lēmumu par to iemaksu galīgo līmeni un saistībām drīz pēc izveides. Šī agrīnā ienākšana ļauj potenciālajiem dalībniekiem iesaistīties pamatnoteikumu noteikšanā attiecībā uz ELI iekārtu darbību, vienlaikus sākumā palielinot finansiālās saistības.

Norādītas ir prognozētās ELI ERIC darbības izmaksas, kas koriģētas attiecībā uz pašreizējiem starpposma mērķrādītājiem. Tās, iespējams, atspoguļo augšējo aplēsi attiecībā uz lietotāju piekļuves izmaksām sākotnējo darbību periodā atkarā no tā, vai starpposma mērķrādītāji ir sasniegti. Aplēses jānosaka un jāuzrauga katru gadu visam sākotnējo darbību periodam.

6.3. Turpmākā modernizācija

ELI ERIC darbības izmaksās nav ņemta vērā lāzeru sistēmu un iekārtu turpmākā modernizācija. Tās sedz ekspluatācijas izmaksas, tostarp rezerves daļas un uzturēšanu.

Modernas lāzeru sistēmas attīstās ātri, un ir vispāratzīts, ka būs vajadzīga pastāvīga attīstīšana, lai saglabātu konkurētspēju. Šajā nolūkā ELI ERIC vadība ierosinās īpašus modernizācijas projektus, un tiks veikta piecu gadu un desmit gadu analīze, lai saprastu potenciālās norises un to izmaksas. Tiks organizētas īpašas modernizācijas kampaņas, lai pievērstos kapitāla ieguldījumu prasībām un avotiem.

7. ATTĪSTĪBA UN MĒRĶI

Ekstremālās gaismas infrastruktūra ERIC ir svarīgs sasniegums – ne tikai lāzeru kopienai Eiropā, bet arī plašākajai Eiropas Pētniecības telpai. Lāzertehnoloģija ir gan nostiprināta, gan vienlaikus arī strauji augoša joma. Šai jomai attīstoties, tā kļūst svarīgāka zinātniskiem lietojumiem un jau ir ārkārtīgi svarīga Eiropas konkurences ziņā.

Ekstremālās gaismas infrastruktūra ERIC dos plašu ieguvumu sabiedrībai tādās jomās kā uzlabota klīniskā vēža terapija, biomedicīnas attēlveide, kā arī kodolmateriāli un atkritumu pārstrāde. Turklāt ELI ERIC palīdzēs Eiropas fotonikas nozarei un nodrošinās izglītības un apmācības iespējas jauniem zinātniekiem un inženieriem fotonikā un lāzeriespējotās pētniecības jomās.

Ekstremālās gaismas infrastruktūra ERIC ir būtiska Eiropas mēroga iniciatīvām, lai saglabātu konkurenci stratēģiski īpaši svarīgajā lieljaudas īsu impulsu lāzersistēmu jomā un to veidojošajās zinātnes un inovācijas jomās. Lāzertehnoloģiju attīstības straujā līkne liecina, ka šī joma ir izdevīgā situācijā, lai nākotnē vidējā termiņā un ilgtermiņā panāktu revolucionāru progresu esošajās lielapjoma zinātnes un rūpniecības platformās. Tomēr, lai tas notiku, ELI ERIC ir jāpierāda spēja darboties ilgtspējīgi.

7.1. Lāzeru zinātnes un tehnoloģijas attīstība

Eiropa ir pārņēmusi vadību no Āzijas un Ziemeļamerikas lieljaudas lāzeru iekārtu un pētniecības centru ziņā. Ir skaidrs, ka Eiropā notiek būtiska koncentrācija, galvenokārt pateicoties to dažādo institūtu un valstu pašorganizācijai, kas iesaistītas ar tādu Eiropas Savienības programmu starpniecību, kurās vairāku desmitu gadu garumā ir atbalstīts un šajā jomā ienests stratēģisks aspekts.

Palielinoties zinātnes sasniegumiem un entuziasmam lieljaudas lāzersistēmu jomā, pēdējā desmitgadē ir palielinājies iekārtu skaits Eiropā. Lai gan ir vairāki faktori, kas veicina šo attīstību, tā acīmredzami ir saistīta ar valsts lāzeru laboratoriju skaita pieaugumu EK finansētajā Eiropas tīklā LaserLab Europe (www.laserlab-europe.net). Kā norādīts minētajā tīmekļa vietnē, konsorcijā patlaban ir apvienojušās 33 vadošās organizācijas lāzerbalstītā starpdisciplīnu pētniecībā no 16 valstīm. No tām 22 iekārtas piedāvā piekļuvi savām laboratorijām pētniecības veikšanai Eiropā un ārpus tās.

4. attēls

Starptautiskās ultraintensīvo lāzeru komitejas (ICUIL) 2016. gada pasaules karte, kurā norādīts PW klases lāzeru iekārtu izvietojums pasaulē

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

LaserLab Europe agrīnie panākumi nodrošina pamatu, lai ELI ERIC varētu turpināt veidot Eiropas lāzeru kopienu. Vienlīdz svarīgi ir tas, ka ELI ERIC ļaus īstenot jaunas spējas un piesaistīs uzmanību no citām zinātnes disciplīnām. Pamatojoties uz valstu lāzera laboratoriju panākumiem, tika attīstīta ELI ERIC zinātība, zināšanas un koncepciju pierādīšana. Ir palielinājusies lietotāju kopiena, un ir veikti ievērojami ieguldījumi, atbalstot arī Eiropas uzņēmumu attīstību, lai būvētu ELI ERIC un citas PW klases iekārtas. Lai Eiropa saglabātu pastāvīgu konkurētspēju un līderību šajā jomā, izšķiroši svarīga nozīme ir nepārtrauktai sadarbībai šajā kopienā.

Atklājot saspiesto impulsu pastiprināšanas (CPA) un vēlāk optiskās parametriskās CPA (OPCPA) tehnoloģijas ELI sistēmās, ir noticis lāzera impulsu maksimumjaudas lēciens par 6–8 kārtām, par 4 kārtām pārsniedzot līmeni, kurā elektronu mainīgā enerģija ir vienāda ar miera masas enerģiju (jeb 1 018 W/cm2 no elektrona). Tas norāda uz relatīvistisko lāzera un plazmas mijiedarbību un subatomisko režīmu, tostarp kodolfiziku un daļiņu fiziku. Turpmākās norises ELI ERIC var reālistiski konkurēt ar pasaulē jaudīgākajiem paātrinātājiem, radot tikai niecīgas izmaksas, un ar tradicionālākām metodēm, kur ir vajadzīgi augsti paātrinājuma gradienti mērķtiecīgos lietojumos, piemēram, audzēju radioterapijā slimnīcās, kur svarīga nozīme ir platībai un izmaksām.

Tehnoloģiju attīstības ziņā ELI ERIC aktīvi pievērsīsies kritiskām sadarbības jomām, ko noteicis ELI un vadošie partneri tīklā LaserLab. Kopā ar rūpniecības nozari tiks novērsti galvenie šķēršļi uzticamai un rentablai PW klases sistēmu un iekārtu ekspluatācijai. Tas ne tikai pozitīvi ietekmēs Eiropas rūpniecību šajā jomā, Eiropas Pētniecības telpu un LaserLab partneru tīklu jau šodien, bet arī tieši veicinās ELI iekārtu ilgtspējīgas darbības, nodrošinot pasaules līmeņa uzticamību.

5. attēls

Petavatu klases lāzeru sistēmas, kas tiks laistas ekspluatācijā katru gadu, sadalījumā pēc kontinenta, kurā sistēmas atrodas (*2)

Fizika ir skaidra, un uzdevums ir attīstīt tehnoloģiju. ELI, sadarbojoties ar rūpniecības nozari un citiem vadošajiem pētniecības centriem, izstrādās vairākas pamattehnoloģijas, it īpaši nākamās paaudzes optiskos komponentus.

7.2. ELI ERIC organizatoriskie mērķi

7.2.1. Iedibināt darbību

Apvienotajiem resursiem un uzmanības pievēršanai ELI ERIC būs pamatīga un ilgstoša ietekme uz zinātni šajā jomā, kā arī tehnoloģiju attīstību. Tomēr pirmais mērķis ir pragmatisks un lokāls – vienlaikus izveidot un apvienot divu iekārtu pārvaldību un efektīvi integrēt resursus.

ELI ERIC saskaņā ar Regulu (EK) Nr. 723/2009 ir vienkopus izvietota pētniecības infrastruktūra ar vairākām darbības vietām uzņēmējdalībvalstīs papildus sēdekļa atrašanās vietai. Lai gan pastāv citas vairākās vietās izvietotas zinātniskās organizācijas, ir ļoti maz jaunu Eiropas projektu, kas uzbūvēti dažādās valstīs, izmantojot struktūrfondus, nolūkā apvienoties kā vienai pētniecības infrastruktūrai. Tāpat nav arī lielu lietotāju iekārtu, kurās izmanto lāzerus. ELI ERIC minētās iekārtas vispirms būs jālaiž ekspluatācijā, pirms pievērsties plašākām interesēm. Tas ir gan tehnisks, gan pārvaldības uzdevums.

7.2.2. Iedibināt sadarbību

Otrais mērķis ir apzināt iespējas tehniskās sinerģijas nodrošināšanai starp Eiropas vadošajiem lieljaudas īso impulsu lāzeru centriem. Tradicionāli lieljaudas PW klases lāzerus ir bijis sarežģīti ekspluatēt lietotāju vidē tādu problēmu dēļ kā uzticamība un dārga komponentu nomaiņa. ELI iekārtām vienām pašām visām kopā būs jauda, kas pārsniedz 30 PW.

Kopā ar partneriem valstu iekārtās Francijā, Vācijā, Spānijā, Apvienotajā Karalistē un Itālijā (visas ir Laserlab Europe dalībnieki) ELI ERIC nodrošinās visprogresīvāko lieljaudas īso impulsu lāzeru iekārtu vislielāko koncentrāciju, kāda līdz šim ir bijusi. Reālu salīdzinājumu nav iespējams veikt, jo mērķis ir izveidot vēl nebijušu sadarbību, lai identificētu komponentus un procesus, kas traucē PW klases lāzeru darbībai, un apzināt risinājumus un standarta pieejas attiecībā uz darbībām.

Paredzams, ka, strādājot kopā un sadarbojoties ar rūpniecības nozari, iekārtas var samazināt darbību izmaksas dažos gadījumos par līdz 30 % un palielināt pieejamību lietotājiem līdz 90 % no staru kūļa laika. Tas sniedz iespēju gūt unikālus apjomradītus un diversifikācijas radītus ietaupījumus, gūstot ievērojamus tehnoloģiskus panākumus īsā laikā. Šādi panākumi atspoguļosies globāli visā lāzeru nozarē.

7.2.3. Iedibināt reputāciju

Trešais mērķis ir zinātniski pierādīt ELI ERIC sistēmu veiktspēju un potenciālu agrīnā zinātniskās programmas darbību posmā. Izmantojot citu partneriekārtu pieredzi, ELI iekārtas mēģinās nodrošināt, ka līdz 2021. gadam ir pieejami 80 % no aplēstajām iekārtas lietotāju stundām, ekspluatējot 90 % no tās primārajām lāzeru sistēmām, no kurām lielākajai daļai ir augsts līdz vidējs atkārtošanās ātrums.

Salīdzinājumam – PW klases lāzeriem patlaban ir vairāki šāviņi stundā, un ELI ERIC un dažas partneriekārtas izvirzīs mērķi darboties, izmantojot Hz un multi-HZ ātrumus. Tas ir jo īpaši svarīgi, ņemot vērā, ka ELI ERIC dažos gadījumos izmanto pasaules vadošos lāzerus to veiktspējas ziņā. Agrīni uzaicinājumi ļaus veikt eksperimentus ar šiem uzlabotajiem atkārtošanās ātrumiem un nodrošinās mērķrādītājus lietotājiem.

Šie eksperimenti ļaus ne tikai veikt revolucionārus atklājumus, bet arī sasniegt rekordaugstu pasaules līmeņa veiktspēju attiecībā uz sekundārajiem avotiem, piemēram, GeV aktivizēšanas lauka paātrinājumu. Šādi revolucionāri, kontrolēti eksperimenti iekārtu mūža agrīnā posmā apvienojumā ar plašām izpratnes veicināšanas un informācijas izplatīšanas darbībām radīs milzīgu interesi par ELI ERIC un lāzeru zinātni kopumā. Tas ietekmēs visu lāzeru zinātni Eiropā un pasaulē, ļaujot attīstīt daudzus praktiskus lietojumus, piemēram, uzlabotas vēža terapijas un bīstamo kodolatkritumu pārveidošanu. Mērķis ir pierādīt šo potenciālu un radīt augošu, ilgtspējīgu pamatu, lai atbalstītu ELI ERIC un visu lāzeru zinātni Eiropā.

7.2.4. Iedibināt inovāciju

ELI ERIC ietekme uz lāzeru nozares inovāciju un tehnoloģiju nebeigsies tad, kad beigsies būvniecības posms. Pašreizējais sarežģītais uzdevums ekspluatācijas posmam ir nodrošināt ilgtspējīgu tehnoloģisko attīstību. ELI nodibinās ilgtermiņa attiecības ar rūpniecības partneriem, lai risinātu problēmas saistībā ar pamatkomponentu iepirkumiem un pastāvīgo tehnoloģisko attīstību, īpašu uzmanību pievēršot darbību ilgtspējai.

Attiecībās ar rūpniecības nozari viens no izaicinājumiem būs sākt dialogu ar piegādātājiem, lai apzinātu ierobežojumus produktu uzlabošanā vai riska mazināšanas procesos (liela rezerves detaļu pieejamība, vairāki piegādātāji utt.), jo īpaši attiecībā uz ELI iekārtu ilgtspējīgu darbību ilgtermiņā.

Tehnoloģiju attīstība, ko veicinās ELI ERIC prasības, turpināsies ekspluatācijas posmā. Daži piemēri aprakstīti tālāk.

— Optiskie pamatkomponenti lieljaudas / augsta atkārtošanās ātruma lāzeriem. Transporta un fokusēšanas optika, kā arī difrakcijas režģi un aktīvie materiāli ir jāattīsta tālāk, lai ilgu laiku izturētu augstas enerģijas un augstas maksimumjaudas impulsus lielos staru kūļu diametros, un tas jādara attiecībā uz lielu skaitu šāviņu.

— Īsu impulsu, lielu staru kūļu metroloģija. Ir vajadzīgi revolucionāri risinājumi sistēmu veiktspējas novērtēšanai īsu impulsu un lielu staru kūļu gadījumā, lai atbalstītu izpratni par unikālajiem zinātniskajiem rezultātiem, kas būs sasniedzami ar ELI iekārtām.

— Pilnīga kontrole sarežģītām sistēmām. Eksperimentālajām sistēmām jāgarantē veiktspēja un netraucēta darbība. Ir vajadzīgas inteliģentas kontroles sistēmas ar saskarnēm.

ELI iekārtas koncentrēsies uz sadarbību ar rūpniecības partneriem, kas spēj ieviest inovatīvus risinājumus pašreizējā tehnoloģijā. Inovācijas saturs nebūs vērsts tikai uz īstermiņa tehnisko aspektu, bet aplūkos arī jautājumus saistībā ar risinājuma ilgtspēju ilgtermiņā, lai garantētu ELI ERIC vislabāko veiktspēju, garāko darbspējas laiku un uzturēšanas izmaksu visefektīvāko kontroli. ELI ERIC unikālie zinātniskie rezultāti ilgtermiņā būs balstīti uz visilgtspējīgākajiem augstas maksimumjaudas lāzeru tehnoloģiskajiem risinājumiem.

7.2.5. Ietekme uzņēmējvalstīs

Viens no galvenajiem iemesliem ieguldījumu veikšanai Viduseiropas valstīs un ELI ERIC izvietošanai šajās valstīs ir ietekmes panākšana reģionos, kuros ir augstas vērtības pētniecības un tehnoloģiju centrs. Ir veikti vairāki citu pētniecības infrastruktūru pētījumi, kas liecina, ka ievērojama daļa ieguldījumu un inovācijas ietekmes notiek 100 km rādiusā no iekārtas; tas apliecina, ka tuvumam ir nozīme. Daži paredzamās ietekmes piemēri aprakstīti tālāk.

— Tieša ietekme no ieguldījumiem – paredzams, ka uzņēmējdalībnieki saņems 50–80 % no darbības izmaksām no citiem dalībniekiem, un tas nozīmē, ka ieguldījumiem vajadzētu būt tiešai ietekmei uz vietējo tautsaimniecību. ELI sekos līdzi šai ietekmei un ziņos par to. Paredzams, ka aptuveni > 50 % ieguldījumu tiks izlietoti vietējā reģionā, ietekmējot divas dažādas Viduseiropas teritorijas.

— Palielinātas iespējas valstu/vietējiem pētniekiem – visas ELI iekārtas atrodas pilsētās (Prāgā, Segedā), kurās ir universitātes. Katra universitāte, zinādama par gaidāmajām norisēm ELI ERIC, ir nodrošinājusi studentiem un akadēmiķiem programmas, lai izmantotu tuvuma sniegtās priekšrocības. Šā projekta kontekstā ir īpašas darbības, kuru mērķis ir uzrunāt vietējos pētniekus, tāpēc ir paredzams, ka 10 gadus pēc ELI ERIC izveides katrai valstij būs vadošie pētnieki šajā jomā.

— Palielinātas inovācijas iespējas vietējai rūpniecībai – papildus aprakstītajai tiešajai ieguldījumu ietekmei iekārtu tuvums veicinās inovāciju vismaz divos izmērāmos veidos. Pirmkārt, spējīga rūpniecība saskatīs iespēju un proaktīvi attieksies pret iekārtu, vai nu lai pārdotu produktus, vai lai censtos izprast, kā to piedāvājumu pielāgot iekārtai. Īstenojot izpratnes par rūpniecību veicināšanas pasākumus, gan iepirkuma grupas, gan rūpniecības sadarbības koordinatori palīdzēs veicināt informācijas izplatīšanu par iekārtām. Turklāt ir dažas teritorijas, kurās vietēja piegādātāja esība var būt izdevīga iekārtām stratēģisku apsvērumu dēļ. To var veicināt platības zemās izmaksas, bet ar lielāku varbūtību – tuvums un ērtā piegādātāju piekļuve, lai pielāgotu tehniskus risinājumus.

8. GALVENIE RISKI

8.1. Riska analīze

15. tabula

Novērtējums par augsta līmeņa riskiem ELI ERIC iekārtu īstenošanai

Iespējamais risks Varbūtība Zema 1–5 Augsta Ietekme Zema 1–5 Augsta Riska novēršana/mazināšana Personāla piesaistīšana un konkurētspējīgs atalgojums – Pastāv risks, ka ELI ERIC būs sarežģīti piesaistīt “pasaulē vadošos” ekspertus, lai tie pievienotos personālam. 4 5 Aktīva pieņemšana darbā, terminēti līgumi, pētniecības iespējas, “dzīves kvalitātes” iniciatīvas Tehnisks risks, ka netiks sasniegti galvenie parametri – Risks, ka ELI nesasniegs dažus galvenos veiktspējas parametrus, kas var liegt dažas eksperimentālās iespējas. 3 3 Plānošana un dialogs ar lietotāju kopienu un ISTAC, lai pārvaldītu gaidas un noteiktu alternatīvas eksperimentālas prioritātes. Algu paaugstināšana pirmajos piecos gados – algas ELI ERI būtiski palielināsies, aptuveni par 5–10 % gadā, pateicoties vietējai darba tirgus dinamikai. 5 3 Plānošana un dialogs ar personālu, lai noteiktu, ko tas vēlas sagaidīt Aprīkojuma/komponentu novecošana – Tehnoloģija lāzeru sistēmu jomā nākamajā gadā strauji attīstīsies, un pastāv risks, ka ELI nebūs konkurētspējīga, ja netiks pastāvīgi atvēlēti kapitāla izdevumi. 3 4 Plānošana tehnoloģiju ceļveža veidā; papildu finansējuma meklēšana Slikta sākotnējā lietotāju pieredze – Kaitējums sākumā, jo a) iekārta nedarbojas, b) personāls neatbalsta vai c) vāja komunikācijas/gaidu pārvaldība. Tas var izraisīt sliktas reputācijas izplatīšanos pētnieku vidū un ļoti lēnu pakalpojumu izmantošanu. 3–4 4–5 Cieša sadarbība ar “draudzīgiem lietotājiem” jau sākumā, lietotāju aptaujas, plāns “lietotāju koordinatoriem”, lai piedāvātu “konsjerža” pakalpojumus Nespēja sekmīgi integrēt ELI iekārtas – Pārvaldības/vadības problēmu dēļ organizatoriskā apvienošana ir aizkavēta vai nenotiek. Tas palielina izmaksas un kaitē ELI-ERIC integritātei un reputācijai. 2 5 Cieša pārvaldības uzraudzība, augsta līmeņa atbalstīta “izmaiņu pārvaldība” un apmācības darbsemināri, atvēlēti resursi un saprātīgas gaidas attiecībā uz termiņiem

(1) Padomes Regulu (EK) Nr. 723/2009 (2009. gada 25. jūnijs) par Kopienas tiesisko regulējumu, ko piemēro Eiropas pētniecības infrastruktūras konsorcijam (ERIC) (OV L 206, 8.8.2009., 1. lpp.).

(*1) CPA un cietā stāvokļa lāzertehnoloģija ir panākušas to, ka pašreizējā maksimumintensitāte pārsniedz 1022 W/cm2 diapazonu. ELI ERIC to palielinās par vairāk nekā vienu kārtu. Ir norādīts arī SLAC E144 eksperiments (zilais punkts), kurā tika sasniegta augsta intensitāte, uzlabojot lāzeru un matērijas mijiedarbību relatīvistiskā satvarā. Horizontālās līnijas apzīmē elektrona ponderomotoriskās (svārstīgās) enerģijas Up intensitāti pie 800 nm (Ti:Sapphire) lāzera, kas vienāda ar vienu atomisko vienību, un Up , kas ir vienāda ar elektronu miera stāvokļa masu, vai Švingera intensitātes galīgais mērķis Y=1, kur vakuums kļūst nestabils un gaisma tiek pārveidota par matēriju. Avots: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Šajā diagrammā ir ietvertas iekārtas, kas jau darbojas, un iekārtas, kas ir būvniecības procesā. AVOTS: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.