BIJLAGE I

TECHNISCHE EN WETENSCHAPPELIJKE BESCHRIJVING

1. DOEL EN REIKWIJDTE VAN DIT DOCUMENT

Dit document bevat een beschrijving van het wetenschappelijke doel en de technische systemen die het Extreme Light Infrastructure ERIC (ELI ERIC) onderzoekers zal bieden. De specifieke aspecten van de faciliteiten die de gastlanden ter beschikking zullen stellen voor ELI ERIC worden hier beschreven. Dit document is van fundamenteel belang om het toepassingsgebied en de definitie van “exploitatie” voor ELI ERIC vast te stellen.

Het beschrijft de wetenschappelijke doelstellingen en het doel van ELI ERIC. In sommige gevallen wordt, waar relevant, verwezen naar het “ELI-witboek”, het belangrijkste technische ELI-document voorafgaand aan de bouw. Erkend wordt dat bepaalde aspecten van de visie voor ELI die in dat belangrijke document worden beschreven, overeind blijven, maar voor dit document en voor de oprichting van het ELI ERIC worden alleen de door de oprichtende gastlidstaten van het ERIC aangeboden technische faciliteiten beschreven.

Er wordt een overzicht gegeven van het huidige wetenschappelijke toepassingsgebied en van de technische aspecten van de ELI-faciliteiten. Ook de elementen met betrekking tot de begroting en de planning aan het begin van de exploitatie worden vermeld. Deze informatie geldt als referentie voor de statuten van ELI ERIC, met name artikel 22, Toezeggingen en middelen, en vormt de basis voor overeenkomsten tussen ELI ERIC en eigenaars van faciliteiten (gastinstellingen) om de ELI-faciliteiten beschikbaar te stellen voor de gebruikersgemeenschap. Dit document maakt als zodanig integraal deel uit van de statuten van ELI ERIC bij de initiële oprichting van ELI ERIC en geldt als referentie voor het toepassingsgebied en de missie van de faciliteiten.

2. INLEIDING EN ACHTERGROND

Het Extreme Light Infrastructure ERIC is een internationale laserfaciliteit die het doel heeft nieuwe interdisciplinaire onderzoeksmogelijkheden te creëren door gebruik te maken van extreem licht uit de laserbronnen met het hoogste piekvermogen dat momenteel beschikbaar is, en die specifiek gericht is op onderzoek. Deze lasers en de secundaire straling die zij opwekken zullen ongekende ontdekkingen in een breed scala van wetenschappelijke vakgebieden en maatschappelijk relevante toepassingen mogelijk maken.

Overeenkomstig Verordening (EG) nr. 723/2009 (1) is ELI ERIC een onderzoeksinfrastructuur op één enkele plaats met, naast de plaats van de zetel, meerdere plaatsen van bedrijfsuitoefening in diverse gastlidstaten. De ELI-faciliteiten zijn gevestigd op twee locaties, in Tsjechië en Hongarije. Zij worden ter beschikking gesteld van een internationale wetenschappelijke gebruikersgemeenschap.

In 2018 werd de Nobelprijs voor natuurkunde uitgereikt aan Gérard Mourou en Donna Strickland, voor hun werk op het gebied van lastertechnologie op basis van chirped pulse amplification (CPA). Deze Nobelprijs is in veel opzichten bijzonder voor ELI, aangezien de onderliggende technologie die extreem laserlicht mogelijk maakt hiermee op een uitgelezen moment in de schijnwerpers is gezet. De ELI-faciliteiten zullen de grenzen van de CPA-techniek opzoeken om ongeziene piekvermogens mogelijk te maken (zie figuur 1), waardoor een brede waaier van toepassingen in de fundamentele wetenschap en van maatschappelijke voordelen mogelijk worden.

ELI ERIC is specifiek bedoeld om de twee “grote uitdagingen” aan te pakken die voor het eerst in het ELI-witboek werden vermeld en nog steeds relevant zijn, en is gericht op het ontwikkelen van:

— een faciliteit voor bundels met hoge energie en röntgenstralen: ultrakorte energetische deeltjes- (> 10 GeV) en stralingsbundels (tot een paar MeV) die worden geproduceerd door compacte laserplasmaversnellers;

— attoseconde-wetenschap: een momentopname van de elektronendynamiek in atomen, moleculen, plasma’s en vaste stoffen op schaal van een attoseconde.

Meer specifiek:

— De ELI-bundellijnen in Dolní Břežany (bij Praag), Tsjechië, zullen zich richten op de ontwikkeling van secundaire stralings- en deeltjesbronnen met korte puls en op de multidisciplinaire toepassingen daarvan in de moleculaire, biomedische en materiaalwetenschappen, de fysica van dichte plasma’s, warme dichte materie (WDM — warm dense matter) en laboratoriumastrofysica. Daarnaast zal de faciliteit haar lasers met hoog vermogen en hoge herhalingsfrequentie gebruiken voor hoogveldfysica-experimenten met een gerichte intensiteit van ongeveer 1023 W/cm2, waarbij exotische plasmafysica en niet-lineaire QED-effecten worden onderzocht. — Met de ELI-lichtbron met attosecondepuls (ELI Attosecond Light Pulse Source —ELI-ALPS) in Szeged, Hongarije, wordt een unieke faciliteit ingericht die lichtbronnen in het frequentiebereik tussen THz (1012 Hz ) en röntgen (1018 — 1019 Hz) aanreikt, in de vorm van ultrakorte pulsen met een hoge herhalingsfrequentie. ELI-ALPS zal gericht zijn op de extreem snelle dynamica, door momentopnames op schaal van een attoseconde (10–18 s) te maken van de elektronendynamica in atomen, moleculen, plasma’s en vaste stoffen. De faciliteit zal ook onderzoek verrichten met lasers met een ultrahoge intensiteit.

De ELI-faciliteiten zullen een verzameling aanreiken van de krachtigste systemen met de kortste pulsen die momenteel beschikbaar zijn. ELI zal meer specifiek de eerste infrastructuur zijn voor het fundamentele onderzoek naar de interactie tussen laserpulsen en materie in het ultrarelativistische bereik (I > 1024 W/cm2). De faciliteiten testen nu al een nieuwe generatie innovatieve, bijzonder compacte bundellijnen die energetische deeltjes- en stralingsbundels van een femtoseconde (10–15 s) tot een attoseconde (10–18 s) uitzenden.

Met zulke diverse onderzoeksactiviteiten zullen de ELI-faciliteiten naar verwachting aanzienlijke maatschappelijke voordelen opleveren en innovatie op de middellange en lange termijn stimuleren, onder meer op het gebied van betere kankertherapieën (ionenstralingsbundels), medische en biomedische beeldvorming, een nieuwe generatie fotonica en de ontwikkeling van nieuwe methoden om kernafval te verwerken door middel van transmutatie.

Samen bestrijken de ELI-faciliteiten bijna 54 000 m2 op twee locaties en zullen zij naar verwachting tot 600 wetenschappers, ingenieurs, technici en ondersteunende medewerkers tellen.

Figuur 1

De hoogste gerichte intensiteiten in de loop der tijd (*1)

Oorspronkelijk werd in het ELI-witboek, dat in 2011 werd gepresenteerd, een visie voor de faciliteit beschreven die de grenzen van “extreem licht” en lasertechnologie zal verleggen en die relevanter is dan ooit:

“De huidige topspecificaties voor lasersystemen met een hoog vermogen worden gekenmerkt door een piekvermogen van één à twee petawatt (PW) bij erg lage herhalingsfrequenties (minder dan 1 Hz), en daar is al meer dan tien jaar [ondertussen twintig jaar] niets aan veranderd. De meeste systemen met een hoog vermogen zitten echter nog steeds op het niveau van 100 TW. ELI en de nationale projecten die eraan zijn voorafgegaan, zoals ILE en Vulcan-10PW, zullen het piekvermogen van afzonderlijke lasers (modules) versterken tot in het bereik van één of meerdere tientallen PW, bij veel hogere herhalingsfrequenties, wat een evolutie van meer één orde van grootte voor beide parameters betekent.”.

Deze visie effent het pad voor nog krachtigere, gecombineerde, coherente lasersystemen van 100 PW die in toekomstige ELI-faciliteiten zullen worden gerealiseerd, op basis van technologieën die voor het eerst worden toegepast in ELI-faciliteiten. Dergelijke systemen maken een nieuw soort interactie mogelijk, doordat zij voor het eerst de mogelijkheid bieden om verder te gaan dan de atoomfysica, om materiaalstrata te verkennen die relevant zijn voor de kernfysica, de hoge-energiedeeltjesfysica en de astrofysica, gebieden die traditioneel werden bestudeerd met behulp van deeltjesversnellers waarmee zeer hoge energieniveaus kunnen worden bereikt. Verwacht wordt dat ELI een volledig nieuwe benadering van het onderzoek naar fundamentele fysica tot stand kan brengen. Waar het om draait bij ELI is de ultrarelativistische intensiteit van de laser, die leidt tot:

— het hoogst mogelijke elektromagnetische veld;

— het vermogen van licht om materie, elektronen en ionen te verplaatsen bij relativistische snelheden;

— de opwekking van coherente of incoherente hoogenergetische straling, X of γ;

— de mogelijkheid om veel kortere pulsen te produceren dan momenteel mogelijk is, uiteindelijk zelfs korter dan een attoseconde.

Deze vier unieke kenmerken bieden op zichzelf of in combinatie een nieuwe reeks krachtige, structurele dynamische instrumenten.

3. DE ELI-FACILITEITEN VOOR HET EXTREME LIGHT INFRASTRUCTURE ERIC

De toegang tot de ELI-faciliteiten zal gebaseerd zijn op concurrentie, internationaal zijn en openstaan voor gebruikers binnen en buiten de lidstaten, op basis van artikel 2, lid 2, punt a), van de statuten van ELI ERIC en het beleid inzake toegang voor gebruikers van ELI ERIC, zoals gedefinieerd in artikel 6 van de statuten van ELI ERIC, en van de beginselen die zijn vastgesteld in het Europees Handvest voor toegang tot onderzoeksinfrastructuur (2). Alle “gebruikerstoegang” moet aan collegiale toetsing worden onderworpen. ELI ERIC zal een gemeenschappelijk toegangspunt verzekeren voor gebruikers die reageren op een gezamenlijke oproep tot het indienen van voorstellen, waarin alle beschikbare capaciteiten van de ELI-faciliteiten zijn geïntegreerd.

Uit wetenschappelijk oogpunt is de toegang “open”, wat wil zeggen dat de ELI-faciliteiten openstaan voor potentiële onderzoekers uit lidstaten en niet-lidstaten. Voorstellen zijn concurrerend, en dat zij “open” zijn, betekent ook dat de gegevens en het uiteindelijke gebruik ervan in publicaties voor iedereen beschikbaar zijn en door iedereen kunnen worden getoetst.

Naast “open” toegang is er ook toegang “voor eigen gebruik”, waarvoor de gebruiker betaalt; de resultaten, in de vorm van gegevens, kunnen in dat geval eigendom zijn van de gebruiker en “gesloten” zijn.

Tot slot zullen er ook toegangsmogelijkheden worden gecreëerd in verband met doelstellingen op basis van de “missie”. Het kan dan bijvoorbeeld gaan om thematisch onderzoek in specifieke vakgebieden of om de ontwikkeling van technologie voor samenwerking op het gebied van innovatie en aanbestedingen. Opleiding en voorlichting met het oog op capaciteitsopbouw is een prioriteit voor de leden en de Europese Onderzoeksruimte, maar kan ook verder reiken dan de leden.

De gastlidstaten verbinden zich ertoe de ELI-faciliteiten beschikbaar te stellen voor ELI ERIC als onderdeel van hun bijdrage. Deze niet op kosten gebaseerde bijdrage van de gastlidstaten is in het algemeen belang en de kosten van de investering voor de bouw worden niet afgeschreven of verrekend in de exploitatiekosten. Het concept beschikbaarheid vereist geen gehele of gedeeltelijke overdracht van de eigendom van de faciliteiten en houdt geen dergelijke overdracht in maar sluit deze ook niet uit. De betekenis van beschikbaarheid in deze specifieke context wordt in onderlinge overeenstemming tussen ELI ERIC en zijn gastlidstaten gedefinieerd als de volledige toegang tot, zeggenschap over en verantwoordelijkheid voor de respectieve faciliteiten. De beschikbaarheid wordt wettelijk geregeld in specifieke overeenkomsten inzake de exploitatie van de faciliteiten tussen ELI ERIC, de gastlidstaat en, in voorkomend geval, de eigenaren van de ELI-faciliteiten.

Die overeenkomsten betreffen de exploitatie, de ondersteuning en het beheer van de faciliteiten en verwijzen voor hun rechtsgrond rechtstreeks naar de statuten van ELI ERIC. In de overeenkomsten wordt rekening gehouden met eerdere verbintenissen, aansprakelijkheden en verplichtingen, waaronder die welke zijn omschreven in de uitvoerende projecten van de Europese structuur- en investeringsfondsen (ESI-fondsen). De overeenkomsten worden verder besproken in het model voor beheersactiviteiten van ELI ERIC en behelzen twee soorten mijlpalen met betrekking tot beschikbaarheid:

— technische mijlpalen — hieronder beschreven, te weten specifieke verzamelingen van instrumenten en proefstations die werken en gebruiksklaar zijn en worden aanbevolen door een beoordelingspanel met onafhankelijke deskundigen en goedgekeurd door de algemene vergadering van ELI ERIC;

— organisatorische mijlpalen — deze worden voor iedere ELI-faciliteit afzonderlijk vastgesteld.

Deze benadering moet stroken met het in de statuten van ELI ERIC vastgestelde doel om als één juridische entiteit te functioneren en zich te ontwikkelen in een richting die vergelijkbaar is met die van andere toonaangevende onderzoeksinfrastructuren, d.w.z. in de richting van een gezamenlijke, geïntegreerde organisatie en beheer, zoals gedefinieerd in artikel 3, lid 1, van de statuten van ELI ERIC.

In de volgende punten wordt elke ELI-faciliteit in detail beschreven en wordt de essentiële wetenschappelijke en technische kenmerken van elke faciliteit gedefinieerd. Dit vormt een belangrijke basis voor de hierboven beschreven benadering voor het beschikbaar stellen van ELI-faciliteiten. Ook het tijdschema voor de beschikbaarheid van “gebruikerstoegang” voor elke faciliteit en de respectieve geraamde kosten van de toekomstige exploitatie gedurende de eerste drie jaar, tot en met de eerste twee jaar van de “periode van stabiele exploitatie”, worden beschreven. In dit onderdeel wordt kort beschreven wat de huidige rechtsstatus van elke ELI-faciliteit is en hoe die de toegang in de toekomst kan beïnvloeden in verband met ELI ERIC.

4. ELI-LICHTBRON MET ATTOSECONDEPULS (ELI-ALPS)

Met de faciliteit voor de ELI-lichtbron met attosecondepuls (ELI-ALPS) in Szeged (Hongarije) zal binnen ELI ERIC een brede waaier van stralings- en deeltjesbronnen aan de internationale gemeenschap worden aangeboden, die volgens stabiele specificaties en op betrouwbare wijze ultrakorte energiepulsen en coherente straling uitzenden in het attosecondebereik (10-18 s). Het is een nieuw gebouwde faciliteit op één locatie, die een oppervlakte van meer dan 24 000 m2 bestrijkt en naar verwachting ongeveer 200 personeelsleden zal tellen.

De ELI-ALPS-faciliteit is momenteel eigendom van en is gebouwd door ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), een onafhankelijke staatsonderneming zonder winstoogmerk die voor 90 % in handen is van de Hongaarse staat en voor 10 % van lokale belanghebbenden. ELI-HU geniet volledig autonomie en heeft rechtspersoonlijkheid in Hongarije.

4.1. Technische structuur en bronnen

De belangrijkste taak van de ELI-ALPS-onderzoeksfaciliteit in Szeged is een breed scala van ultrakorte lichtbronnen toegankelijk te maken voor de gebruikersgroepen in de internationale wetenschappelijke gemeenschap. Lasergestuurde secundaire bronnen die coherente extreem-ultraviolette (XUV) en röntgenstraling uitzenden in attosecondepulsen vormen een belangrijk onderzoeksinitiatief van de infrastructuur. Een secundair doel van de faciliteit is bij te dragen aan de wetenschappelijke en technologische ontwikkelingen die vereist zijn voor lasers met een hoge piekintensiteit en een hoog gemiddeld vermogen.

Tabel 1

ELI-ALPS Beoogde prestatieparameters voor laserbronnen bij laseroutput

PRIMAIRE LASERBRONNEN Piekvermogen Gemiddeld vermogen Pulsenergie Pulsduur Herhalings- frequentie ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cycli < 1,9 cycli 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 cycli (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cycli (< 42 fs) 100 kHz MIR HE geplande verbetering ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ @ 3 μm ~ 20 mJ @ 1,5 μm ~ 3 cycli (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cycli (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 geplande verbetering ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cycli (~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-pomp > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

De ELI-ALPS-infrastructuur biedt de gebruikers, op het gebied van wetenschappelijk onderzoek en industriële toepassingen, primaire laserpulsen in combinatie met een indrukwekkend scala van gesynchroniseerde secundaire licht- en deeltjespulsen. De buitengewone kenmerken van de bronparameters zijn:

— pulsen met weinig cycli, van terahertz/infrarood tot petahertz/ultraviolet, met een indrukwekkende herhalingsfrequentie van 10 Hz tot 100 kHz;

— extreemviolette, zachte en harde röntgenattosecondepulsen met een herhalingssnelheid van 10 Hz tot 100 kHz en een pulsenergie van enkele μJ tot mJ;

— relativistische en ultrarelativistische deeltjes- en ruimtelijk coherente röntgenbronnen met een duur van femtoseconden;

— gecontroleerde ultrarelativistische pulsvormen met ultrahoog contrast bij een herhalingssnelheid van enkele Hz en kHz.

Een parallelle missie van ELI-ALPS is om samen met de andere ELI-faciliteit bij te dragen aan de technologische ontwikkelingen om lasers met een hoog piekvermogen en een hoog gemiddeld vermogen mogelijk te maken, in het bijzonder voor de attowetenschap en desbetreffende toepassingen. Dat attosecondepulsen en geavanceerde lasers, waaronder PW-lasers, in eenzelfde faciliteit voorhanden zijn, biedt unieke tijdsgeresolveerde onderzoeksmogelijkheden voor zowel niet-relativistische als relativistische interactie van licht met materie in elk van de vier aggregatietoestanden.

De ELI-ALPS-faciliteit is specifiek gericht op het stimuleren van industriële toepassingen, via overloopeffecten, tevens rekening houdend met de mogelijk grote effecten op het omliggende gebied, waar een groot wetenschapspark zal worden ondergebracht.

Tabel 2

ELI-ALPS Mijlpalen voor laserbronnen

BESCHIKBAARHEID VAN ELI-ALPS-LASERBRONNEN INBEDRIJFSTELLING BEGINT TOEGANG VOOR GEBRUIKERS HR1 10.2017 Beschikbaar (0,8 mJ, <1,9 cycli) 11.2021 (volledige specificaties) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 Beschikbaar MIR HE — GEPLANDE VERBETERING 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 Beschikbaar SYLOS3 — GEPLANDE VERBETERING 10.2022 1.2023 SYLOS EXP ALIGNMENT 12.2018 Beschikbaar HF PW 5.2018 10.2021 THZ-POMP 1.2021 3.2021

4.2. Proefstations

Figuur 2

Opstelling van de ELI-ALPS-proefstations

ELI-ALPS biedt talrijke hoogtechnologische ultrakorte laserpulsen met een hoge intensiteit, in combinatie met geavanceerde secundaire bronnen en eindstations voor gebruikers die een uitstekende omgeving voor fundamenteel en toegepast wetenschappelijk onderzoek zullen creëren. Er zijn een aantal gebieden waarop ELI-ALPS van meet af aan wereldleider zal zijn:

— Valentie- en binnenelektronenwetenschap — de dynamica van valentie- en binnenelektronen in kleine systemen kan individueel worden gemonitord en gecontroleerd met attosecondepulsinteracties.

— Visualisering van ultrasnelle structurele dynamica en correlatie-effecten — combinaties van bronnen met ultrakorte pulsen en korte golflengten maken het mogelijk de ladingsdynamica in complexe en (sterk) gecorreleerde systemen te visualiseren.

— Ultrasnelle dynamica van oppervlakten en gecondenseerde materie — attosecondebronnen met een hoge herhalingsfrequentie die verder gaan dan de huidige stand der techniek, in combinatie met geavanceerde NanoEsca-eindstations voor gebruikers, creëren unieke mogelijkheden in de oppervlaktewetenschap en de wetenschap van de gecondenseerde materie.

— Plasma-attowetenschap — relativistische pulsen met weinig cycli of PW-pulsen met een superieur ruimtelijke en temporeel contrast zouden worden gebruikt om subcyclus-emissieprocessen te bestuderen, te optimaliseren en toe te passen om relativistische oppervlaktedynamica, relativistische pulsvorming, radiobiologie enzovoort te onderzoeken.

— THz-stralingsonderzoek — ultrakorte THz-bronnen met een hoge intensiteit en met ongeziene piekwaarden voor de elektrische veldsterkte (tot 5 MV/cm) en een pulsenergie van 1 mJ zullen beschikbaar zijn binnen het frequentiebereik van 0,1–2 THz.

De unieke combinatie van de stralingsbronnen met een hoge herhalingsfrequentie bij ELI, die het elektromagnetische spectrum van röntgen tot het verre infrarood en THz bestrijken, maken deze faciliteit bijzonder aantrekkelijk voor onderzoek naar complexe, toegepaste systemen. Gebieden van toegepast onderzoek zijn onder meer attosecondebronnen, nieuwe deeltjesbronnen, nanotechnologie, cultureel erfgoed, biologische beeldvorming en biomedische toepassingen zoals geavanceerde fasecontrasttomografie en multidimensionale spectroscopie.

Tabel 3

ELI-ALPS Mijlpalen voor secundaire bronnen

SECUNDAIRE BRONNEN ELI-ALPS INBEDRIJFSTELLING BEGINT TOEGANG VOOR GEBRUIKERS GHHG HR1 & 2 GAS (LTA4) 8.2018 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG HR1 & 2 GECONDENSEERD (LTA3) 10.2020 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) 3.2020 7.2021 GHHG SYLOS LANG (LTA1) 1.2021 2.2022 SHHG SYLOS (MTA) 11.2021 1.2023 SHHG HF (HTA) 6.2022 1.2023 MIR HE GENERATED ATTO — GEPLANDE VERBETERING 1.2023 4.2023 THZ-SPECTROSCOPIE (THZ) 10.2019 2.2020 THZ MET HOGE ENERGIE (THZ) 7.2021 12.2021 ELEKTRONEN — SYLOS (MTA) 12.2021 4.2022 ELEKTRONEN PW — GEPLANDE VERBETERING (HTA) 1.2023 4.2023 IONENBUNDELLIJN — MOGELIJKE VERBETERING 9.2023 12.2024





Tabel 4

ELI-ALPS Mijlpalen proefstations

PROEFSTATIONS ELI-ALPS INBEDRIJFSTELLING BEGINT TOEGANG VOOR GEBRUIKERS REACTIEMICROSCOOP 6.2021 9.2021 VMI-SPECTROMETEREINDSTATION 8.2020 10.2020 STATION VOOR GECONDENSEERDE MATERIE (NANOESCA) 12.2019 6.2020 (op zichzelf staand) 7.2021 (met attoseconde) E-SPECTROMETER MET MAGNETISCHE FLES 4.2021 12.2021 NANOWETENSCHAP EN NANOFABRICAGE 6.2018 12.2019 BETATRON-BEELDVORMING — GEPLANDE VERBETERING 4.2023 12.2023 CONTROLESTATION VOOR CHEMISCHE REACTIE 6.2020 8.2020 VLOEISTOFSTRAAL-EINDSTATION 4.2022 8.2022 MULTIDIMENSIONALE SPECTROSCOPIE (FEMTOBIOLOGIE) — GEPLANDE VERBETERING 8.2021 12.2021 STATION VOOR HOOGVELDFYSICA (BEOOGD GEBIED PW) 12.2022 2.2023 RADIOBIOLOGIE/BIOMEDISCH 8.2018 2.2020

Bovenstaande tabel geeft een overzicht van de stations die de komende jaren naar verwachting beschikbaar zullen worden voor ELI ERIC als onderdeel van de “gebruikerstoegang”. Het betreft kritieke technische mijlpalen voor ELI-ALPS en Hongarije als gastland voor ELI ERIC. De stations zullen naar verwachting op verschillende momenten beschikbaar komen. Zodra het laatste proefstation is geopend voor gebruikerstoegang zal de faciliteit worden geacht de periode van stabiele exploitatie te zijn ingegaan. Daarnaast bevat bovenstaande tabel de geplande verbeteringen van de faciliteit die in de toekomst zullen worden geëvalueerd en overwogen door ELI ERIC.

Naarmate primaire laser- en versnellerbronnen in bedrijf worden gesteld, zullen de eerste gebruikersgroepen helpen om de bronnen te karakteriseren en de bouw van de proefstations te voltooien. Deze activiteiten worden rechtstreeks via ELI-ALPS beheerd en opgestart. Aangezien de eerste lasers (MIR, HR1) aan het einde van 2017 in gebruik zijn genomen, is sindsdien reeds toegang voor hulp bij de inbedrijfstelling verleend aan de eerste internationale gebruikersgroepen van opdrachtgevers (FORTH Griekenland, ETH Zürich, CEA Frankrijk, de Hebreeuwse Universiteit, de Universiteit van Freiburg, de Universiteit van Aarhus, de Universiteit van Limoges, MPQ Garching, de Friedrich Schiller-Universiteit in Jena, het Gwangju Instituut voor Wetenschap en Technologie in Zuid-Korea en het Wigner-onderzoeksinstituut in Hongarije).

Naarmate de verschillende proefstations in bedrijf worden gesteld en operationeel worden, ondersteund door een werkende primaire en/of secundaire bron, kan het programma voor gebruikerstoegang van start gaan en kan ELI ERIC voorstellen voor die stations in ontvangst beginnen te nemen.

De bevestiging en acceptatie van elk proefstation zal worden gemonitord en er zal een formele “operationele acceptatiekeuring” worden uitgevoerd door onafhankelijke deskundigen, deskundigen van ELI-ALPS en deskundigen van de andere ELI-faciliteit om te bevestigen dat het proefstation gebruiksklaar is en om een formele aanbeveling te doen aan het ISTAC en aan de algemene vergadering van ELI ERIC.

4.3. Gebruikerstoegangs- en exploitatievormen

Gebruikers van andere toonaangevende laser- en onderzoeksfaciliteiten zullen reeds vertrouwd zijn met de gebruikerstoegang. Experimenten zullen naar verwachting enkele dagen tijd, of in sommige gevallen in enkele weken, in beslag nemen. De algemene doelstelling is dat de faciliteit [220 dagen/jaar x 8 uur/dag] beschikbaar is gedurende in het totaal 1 760 uur/jaar.

4.4. Aspecten in verband met de exploitatie en de relatie tussen ELI ERIC en ELI-ALPS

ELI ERIC is weliswaar belast met het beheer van de toegang tot de ELI-ALPS-faciliteit naarmate deze beschikbaar wordt gesteld, maar de fysieke installatie van de faciliteit is eigendom van en wordt in het begin direct beheerd door ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU). Dit is een “onderzoeksorganisatie” in het kader van de regels voor staatssteun voor onderzoek en ontwikkeling.

Naast de hierboven genoemde belangrijke technische en wetenschappelijke mijlpalen zijn er ook organisatorische mijlpalen in verband met de algemene integratie van ELI-ALPS in ELI ERIC. Die organisatorische mijlpalen zijn vermeld in onderstaande tabel.

Tabel 5

ELI-ALPS Geraamde mijlpalen organisatorische transities

GEÏNTEGREERD ORGANISATIEMODEL ELI-ALPS 2020 2021 2022 GOVERNANCE X X X WETENSCHAPSBELEID X X X TOEGANG VOOR GEBRUIKERS — X X BEGROTINGSMIDDELEN — X X PERSONEELSBELEID — — X TECHNOLOGIEBEHEER — — X FACILITEITENBEHEER — — X JURIDISCHE KWESTIES EN AANSPRAKELIJKHEID — X X ADMINISTRATIEF — X X

In het geval van ELI-ALPS zullen de activiteiten over een periode van vijf jaar overgaan op ELI ERIC, waarbij sommige activiteiten aan het eind van de periode zullen worden overgedragen. In combinatie met de voor de proefstations vermelde technische mijlpalen kan het algemene overgangsplan worden vastgesteld.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de geraamde kosten met betrekking tot gebruikerstoegang bij ELI-ALPS om de faciliteit voor ELI ERIC te exploiteren in 2020-2021 (de overgangsperiode). Dat is de periode waarin het beheer van de verantwoordelijkheden, de middelen en de activa zal overgaan van ELI-HU naar ELI ERIC.

Tabel 6

ELI-ALPS Geraamde toegangskosten

EUR ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Directe kosten personeel 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Directe kosten hardware 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Kosten personeel + HW 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 % personeel + HW / totaal 27 % 37 % 42 % 42 % Indirecte kosten 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 Totale kosten ELI-ALPS 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI-BUNDELLIJNEN (ELI-BL)

De faciliteit voor ELI-bundellijnen (ELI-BL) in Dolní Břežany, nabij Praag (Tsjechië), onderstreept zelfs in haar naam haar vermogen om meerdere verschillende experimenten voor een reeks gebruikers te ondersteunen door diverse laserlijnen ter beschikking te stellen. Deze faciliteit is ontworpen om capaciteiten met een hoge energie en een hoge herhalingsfrequentie aan te bieden. Het is een nieuw gebouwde faciliteit op één locatie, die een oppervlakte van meer dan 30 000 m2 bestrijkt en naar verwachting ongeveer 200-300 medewerkers in dienst zal hebben om gebruikers te ondersteunen.

De faciliteit is eigendom van en wordt beheerd door het Instituut voor natuurkunde van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, dat volledige autonomie geniet en rechtspersoonlijkheid heeft in Tsjechië als openbare onderzoeksinstelling.

5.1. Technische structuur en bronnen

Tabel 7

ELI-BL Beoogde prestatieparameters voor laserbronnen

PRIMAIRE LASERBRONNEN Piekvermogen Pulsenergie Pulsduur Herhalingsfrequentie ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, tweekleurig 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 puls per min L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 puls per min L4p ≤1 PW 150 J 150 fs — 150 ps 1 puls per min Astrella 6 en 10 mJ 20 fs 1 kHz Bio-laser 6 mJ CEP-stabilisatie 20 fs 1 kHz





Tabel 8

ELI-BL Mijlpalen voor bundellijnen Data voor toegang

LASERBRONNEN ELI-BL INBEDRIJFSTELLING BEGONNEN TOEGANG VOOR GEBRUIKERS L1 1.2018 12.2019 (30 mJ) 12.2020 (50mJ) 12.2021 (100 mJ) L2 1.2022 6.2022 L3 11.2017 7.2018 (0,4 PW) 12.2019 (1 PW) L4F 9.2018 6.2020 L4N 9.2018 1.2021 L4P 6.2022 12.2022 ASTRELLA 2.2018 4.2018 BIO-LASER 4.2018 6.2018

Er wordt grote nadruk gelegd op mogelijke toepassingen op verschillende gebieden van maatschappelijk belang, zoals geneeskunde of biologie. ELI-BL schept samen met het verbonden HiLASE-centrum een gunstig klimaat voor intensieve samenwerking tussen onderzoek en bedrijfsleven. Dit is een centrum (dat ook eigendom is van en wordt beheerd door het Instituut voor natuurkunde van de Tsjechische Academie van Wetenschappen) voor de ontwikkeling en overdracht van lasertechnologie, dat reeds ondernemingen en spin-offs op verschillende vakgebieden aantrekt in het zogeheten STAR-gebied (Science and Technology Advanced Region — geavanceerde regio voor wetenschap en technologie) rond de ELI-BL-faciliteit.

5.2. Proefstations

Figuur 3

Opstelling van de ELI-BL-proefstations

De ultrakorte en ultra-intense lichtpulsen en de deeltjes die door ELI-BL worden opgewekt door de interactie met vaste en gasvormige doelmaterialen zullen een breed spectrum van projecten op het gebied van fundamenteel en toegepast onderzoek in de chemie, de biologie, medische technologieën, de ontwikkeling van nieuwe materialen en andere gebieden mogelijk maken. De onderzoeksactiviteiten in het kader van de ELI-BL-faciliteit zijn georganiseerd in zes proefhallen.

Tabel 9

ELI-BL Secundaire bronnen/bundellijnen en mijlpalen

SECUNDAIRE BRONNEN ELI-BL BRON INBEDRIJFSTELLING BEGONNEN TOEGANG VOOR GEBRUIKERS E1: RÖNTGENBRONNEN HHG 2.2018 1.2019 E1: RÖNTGENBRONNEN PXS 3.2018 4.2019 E2: RÖNTGENBRONNEN Betatron 6.2019 11.2019 E2: RÖNTGENBRONNEN — GEFINANCIERDE VERBETERING Compton 1.2020 12.2020 E5: LASERUNDULATOR RÖNTGENBRONNEN LUIS 3.2019 6.2020 E4: IONENVERSNELLING ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: ELEKTRONENVERSNELLING HELL 1.2019 3.2020





Tabel 10

ELI-BL Proefstations en mijlpalen

PROEFSTATIONS ELI- BL STATION INBEDRIJFSTELLING BEGONNEN TOEGANG VOOR GEBRUIKERS E1: MATERIAAL- EN BIOMOLECULAIRE TOEPASSINGEN MAC 4.2018 1.2019 E1: MATERIAAL- EN BIOMOLECULAIRE TOEPASSINGEN Trex 6.2018 5.2019 E1: MATERIAAL- EN BIOMOLECULAIRE TOEPASSINGEN SRS 6.2018 3.2019 E1: MATERIAAL- EN BIOMOLECULAIRE TOEPASSINGEN ELIps 9.2018 3.2019 E2: RÖNTGENBRONNEN — GEFINANCIERDE VERBETERING Station Compton 7.2021 7.2022 E5: LASERUNDULATOR RÖNTGENBRONNEN Station LUIS 3.2019 6.2021 E3: PLATFORM VOOR PLASMAFYSICA P3 9.2018 10.2020 E4: IONENVERSNELLING ELIMED 11.2018 1.2021 E5: ELEKTRONENVERSNELLING Station ELBA 1.2019 7.2021

Proefhal E1 herbergt lasergestuurde secundaire bronnen en proef-eindstations voor toepassingen in de moleculaire, biomedische en materiaalwetenschappen. Bij de experimenten zal gebruik worden gemaakt van gesynchroniseerde laser-fotonenbundels in het VUV- en harde röntgenbereik (bron van hoge harmonischen — een kHz-bron van ultrakorte EUV-pulsen uitgezonden in een coherente bundel met een lage divergentie en een bron van plasmaröntgenstralen — femtosecondepulsen van röntgenstraling in het spectrale bereik van 4-30 keV).

De instrumenten omvatten:

— MAC: een multifunctionele kamer voor atoom-, moleculaire en optische wetenschappen en coherente diffractieve beeldvorming.

— ELIps: VUV-ellipsometer voor experimenten bij minder dan 1 ps; een eindstation voor VUV- en zachte röntgenmaterialen.

— Eindstation voor harde röntgenstraling: een modulair station voor Tijdsgeresolveerde experimenten zoals verstrooiing, diffractie, spectroscopie en beeldvorming met röntgenstralen (X-rays).

— Optische sondes en pompbundels: een geavanceerd station voor optische spectroscopie, met inbegrip van gestimuleerde Raman-verstrooiing; de bron voor een brede reeks gesynchroniseerde pompbundels van uv tot IR en THz.

De proefhal E2 is gewijd aan ultrasnelle, heldere harde röntgenbundels. Er zal een PW-klasse laser beschikbaar zijn met een herhalingssnelheid van 10 Hz. Een reeks parameters kan worden aangepast, waaronder de laserintensiteit, de laserpuntgrootte en -duur en de elektronendichtheid in het gas. Elektronen worden versneld tot relativistische energieniveaus en door het plasma zelf (Betatron-bron) of door een secundaire laserpuls (Compton-bron) in trilling gebracht. Intense femtoseconde-röntgen- of -gammastralen worden uitgezonden door een bron van een micron groot. Gebruikers kunnen om straling met een nauw spectrum (energiespreiding van 10 %) of breedbandstraling in een spectraal bereik van enkele keV tot enkele MeV’s verzoeken.

Het platform voor plasmafysica in proefhal E3 is een multifunctionele proefinfrastructuur voor het verrichten van onderzoek naar de interactie tussen lasers en plasma en lasers en materie, hoofdzakelijk op de volgende gebieden:

— fysica bij hoge energiedichtheid (HEDP);

— warme dichte materie (WDM);

— plasmaoptica (PO);

— laboratoriumastrofysica (LA);

— interactie bij ultrahoge intensiteit (UHI).

Het proefgebied E4 stelt gebruikers in staat verschillende monsters te testen met laserversnelde ionenbronnen dankzij zijn afdeling voor transport van ionenbundels en dosimetrie, en om innovatie regelingen voor lasergestuurde ionenversnelling te onderzoeken die in de flexibele interactiekamer kunnen worden ondergebracht. De ELIMAIA-bundellijn zal gebruikers in staat stellen multidisciplinaire toepassingen, zoals in-vitrostralingsbiologie en preklinische proeven, te onderzoeken met behulp van lasergestuurde ionenbundels, in het kader van de internationale samenwerking ELIMED.

De proefhal E5 bevat de LUIS-bundellijn en is bedoeld voor gebruikers die geïnteresseerd zijn in de bestraling van diverse monsters met behulp van de meest geavanceerde technieken. In deze proefhal is ook het ELBA-platform te vinden, een flexibel proefgebied voor gebruikers die innovatieve concepten willen testen en de meest geavanceerde technologieën willen gebruiken om elektronen te versnellen met lasers op niveaus van meerdere GeV.

Naast het oorspronkelijke bereik van de ELI-BL-faciliteit is in bovenstaande tabel een overzicht te vinden van de reeds gefinancierde capaciteitsuitbreidingen en verbeteringen van de faciliteit via de specifieke projecten ADONIS, HIFI en ELIBIO, die in de toekomst zullen worden geëvalueerd en overwogen door ELI ERIC.

De bevestiging en acceptatie van elk proefstation zal worden gemonitord en zal een formele “operationele acceptatiekeuring” worden uitgevoerd door onafhankelijke deskundigen, deskundigen van ELI-BL en deskundigen van de andere ELI-faciliteit om te bevestigen dat het proefstation gebruiksklaar is en een formele aanbeveling te doen aan het ISTAC en aan de algemene vergadering van ELI ERIC.

5.3. Gebruikerstoegangs- en exploitatievormen

Gebruikers van andere toonaangevende laser- en onderzoeksfaciliteiten zullen reeds vertrouwd zijn met de gebruikerstoegang. Experimenten nemen enkele dagen en in bepaalde gevallen enkele weken in beslag. De algemene doelstelling is dat de faciliteit [220 dagen/jaar x 8 uur/dag] beschikbaar is gedurende in het totaal 1 760 uur/jaar.

5.4. Aspecten in verband met de exploitatie en de relatie tussen ELI ERIC en ELI-BL

ELI ERIC is weliswaar belast met het beheer van de toegang tot de ELI-BL-faciliteit naarmate deze beschikbaar wordt gesteld, maar de fysieke installatie van de faciliteit is eigendom van en zal in het begin direct worden beheerd door het Instituut voor natuurkunde van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, die volledige autonomie geniet en rechtspersoonlijkheid heeft in Tsjechië. Dit is een “onderzoeksorganisatie” uit het oogpunt van staatssteun voor onderzoek en ontwikkeling.

Naast de hierboven genoemde belangrijke technische en wetenschappelijke mijlpalen zijn er ook organisatorische mijlpalen in verband met de algemene integratie van ELI-BL in ELI ERIC. Die organisatorische mijlpalen zijn vermeld in onderstaande tabel en nader omschreven in het aanhangsel, het “model voor beheersactiviteiten”.

Tabel 11

ELI-BL Geraamde mijlpalen voor de organisatorische overgang

GEÏNTEGREERD MODEL ELI-BL 2020 2021 2022 GOVERNANCE X X X WETENSCHAPSBELEID X X X TOEGANG VOOR GEBRUIKERS — X X BEGROTINGSMIDDELEN — X X PERSONEELSBELEID — — X TECHNOLOGIEBEHEER — — X BEHEER VAN HET GEBIED — — X JURIDISCHE KWESTIES EN AANSPRAKELIJKHEID — X X ADMINISTRATIEF — X X

Tsjechië verbindt zich ertoe de volledige capaciteit van de ELI-BL-faciliteiten ter beschikking te stellen van ELI ERIC.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de geraamde kosten van de exploitatie van ELI-BL met betrekking tot gebruikerstoegang voor ELI ERIC in 2020-2021, de “overgangsperiode”. Dat is de periode waarin het beheer van de verantwoordelijkheden, de middelen en de activa zal worden overgedragen van het Instituut voor natuurkunde van de Tsjechische Academie van Wetenschappen aan ELI ERIC.

Tabel 12

ELI-bundellijnen Geraamde toegangskosten

EUR ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Directe kosten personeel 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Directe kosten hardware 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Kosten personeel + HW 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 % personeel + HW / totaal 51 % 52 % 53 % 53 % Indirecte kosten 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Totale kosten ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. GERAAMDE KOSTEN

Om de voorwaarden vast te stellen die nodig zijn om duurzaamheid op de lange termijn te bereiken, moeten de kosten en mogelijke financieringsbronnen nader worden omschreven. Zoals bepaald in de statuten van ELI ERIC, worden de algemene beginselen voor het gebruik van de ELI-faciliteiten gedocumenteerd in een door de algemene vergadering overeengekomen op zichzelf staand beleid, en wordt de verdeling van de bijdragen van de leden aan de exploitatiekosten vastgelegd in bijlage II, waarmee ook de noodzakelijke voorwaarden worden geschapen om een aanzienlijke en blijvende disbalans tussen het gebruik en de bijdragen van de wetenschappelijke gemeenschap van elk lid te vermijden.

Hieronder worden de basiselementen voor het bepalen van de kosten toegelicht, die in de volgende categorieën kunnen worden ingedeeld:

1) bouw — kapitaaluitgaven (CAPEX) vóór de exploitatie;

2) exploitatie — operationele uitgaven (OPEX) van de collegiaal getoetste toegang;

3) toekomstige verbeteringen — nieuwe investeringen (CAPEX) die nodig zijn om de specificaties en beschikbare instrumenten te verbeteren als reactie op de concurrentie en de behoeften van de gebruikers.

Hieronder wordt ingegaan op aspecten van de punten 1 (bouw) en 2 (exploitatie).

6.1. Bouw

De totale investeringen (bouwkosten) van de ELI-faciliteiten zullen ongeveer 556 miljoen EUR bedragen gedurende de bouwperiode, zoals beschreven in tabel 13.

Tabel 13

Bouwkosten van de ELI-faciliteiten

EUR POST ELI BL ELI ALPS ELI BOUW + GROND 94 643 000 88 705 000 183 348 000 TECHNOLOGIE 181 876 000 105 435 000 287 311 000 DIENSTEN 7 601 000 9 788 000 17 389 000 PERSONEEL 41 206 000 27 484 000 68 690 000 TOTAAL 325 326 000 231 412 000 556 738 000

Deze kosten worden volledig gedekt door de gastlanden, via de ESI-fondsen en nationale financiering, op basis van de projecten die zijn goedgekeurd en worden gecontroleerd door de nationale beheersautoriteiten. De investeringen gingen voor ongeveer 25 % naar gebouwen, voor 65 % naar technologie en voor 10 % naar personeel en diensten. Deze kosten zijn niet terugvorderbaar door ELI ERIC en worden niet verrekend in de exploitatiekosten van ELI ERIC. Er worden geen initiële investerings- of bouwkosten betaald uit de bijdragen, die uitsluitend worden gereserveerd voor de initiële exploitatie, de stabiele exploitatie en verbeteringen.

6.2. Exploitatie

De verbintenis van de gastlidstaten stelt andere niet-gastlidstaten in staat om een geleidelijke aanpak van hun toekomstige verbintenissen vast te stellen en op basis van de bijdragen van leden de duurzaamheid van ELI ERIC op de langere termijn te bereiken.

Tabel 14

Geraamde exploitatiekosten van ELI ERIC voor de ELI-faciliteiten

EUR Exploitatiekosten ELI ERIC 2020 2021 2022 2023 2024 Directe personeelskosten 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Directe hardwarekosten 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Indirecte kosten 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 Totaal ELI-faciliteiten 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 Zetel ELI ERIC 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 Totaal ELI ERIC 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

De toetreding van niet-gastlidstaten tijdens de periode van initiële exploitatie maakt het mogelijk om de bijdragen geleidelijk aan te verhogen na de oprichting van ELI ERIC en om kort na de oprichting een besluit te nemen over de uiteindelijke hoogte van en de verbintenissen voor hun bijdrage. Dankzij deze vroege toetreding kunnen toekomstige leden worden betrokken bij het opstellen van de basisregels voor de exploitatie van de ELI-faciliteiten en kunnen tegelijkertijd de financiële verbintenissen aan het begin worden verhoogd.

Hierboven zijn de verwachte exploitatiekosten van ELI ERIC vermeld, gecorrigeerd voor de huidige mijlpalen. Zij vormen waarschijnlijk een maximumraming van de kosten voor gebruikerstoegang tijdens de periode van initiële exploitatie, die afhankelijk is van de vraag of de mijlpalen al dan niet worden bereikt. De ramingen moeten jaarlijks worden opgesteld en gecontroleerd gedurende de gehele periode van initiële exploitatie.

6.3. Toekomstige verbeteringen

In de exploitatiekosten van ELI ERIC is geen rekening gehouden met toekomstige verbeteringen van de lasersystemen en faciliteiten. Zij omvatten de bedrijfskosten, met inbegrip van reserveonderdelen en onderhoudskosten.

Geavanceerde lasersystemen ontwikkelen zich snel en algemeen wordt erkend dat een voortdurende ontwikkeling nodig zal zijn om concurrerend te blijven. Daartoe zal de directie van ELI ERIC specifieke projecten voor verbeteringen voorstellen en zal na vijf jaar en na tien jaar een analyse worden verricht om inzicht te krijgen in de potentiële ontwikkelingen en de kosten daarvan. Er zullen specifieke verbeteringscampagnes worden georganiseerd om de nodige kapitaalinvesteringen en -bronnen te behandelen.

7. ONTWIKKELING EN DOELSTELLINGEN

Het Extreme Light Infrastructure ERIC is een belangrijke ontwikkeling, niet alleen voor de lasergemeenschap in Europa, maar ook voor de bredere Europese Onderzoeksruimte. Lasertechnologie is zowel een gevestigde technologie als een vakgebied dat snel evolueert. Naarmate het zich ontwikkelt, zal dit vakgebied relevanter worden voor wetenschappelijke toepassingen, en het is reeds bijzonder belangrijk voor het Europese concurrentievermogen.

Het Extreme Light Infrastructure ERIC zal uitgebreide voordelen opleveren voor de samenleving, op gebieden als een betere klinische kankerbehandeling, biomedische beeldvorming, nucleaire materialen en afvalverwerking. ELI ERIC zal bovendien de Europese fotonica-industrie ondersteunen en onderwijs- en opleidingsmogelijkheden bieden voor nieuwe wetenschappers en ingenieurs op het gebied van fotonica en op lasers gebaseerde onderzoeksgebieden.

Het Extreme Light Infrastructure ERIC is van essentieel belang voor Europa-brede initiatieven om het concurrentievermogen op het bijzonder strategische gebied van kortepulslasersystemen met een hoog vermogen en de wetenschappelijke en innovatiegebieden waaruit het is opgebouwd te handhaven. De steile ontwikkelingscurve van lasertechnologieën geeft aan dat het gebied de bestaande grootschalige wetenschappelijke en industriële platforms op de middellange en lange termijn drastisch kan verstoren. Voordat dit kan gebeuren, moet echter worden aangetoond dat ELI ERIC op duurzame wijze kan worden geëxploiteerd.

7.1. Ontwikkelingen op het gebied van laserwetenschap en -technologie

Europa heeft de leidersrol van Azië en Noord-Amerika overgenomen op het gebied van laserfaciliteiten met een hoog vermogen en onderzoekscentra. Er is duidelijk sprake van een aanzienlijke concentratie in Europa, hoofdzakelijk dankzij de zelforganisatie van de verschillende instituten en landen die betrokken zijn bij de verschillende programma’s van de Europese Unie die het vakgebied al tientallen jaren ondersteunen en het zijn strategische karakter hebben verleend.

Het wetenschappelijke succes en enthousiasme op het gebied van lasersystemen met een hoog vermogen heeft het afgelopen decennium tot een toename van het aantal Europese installaties geleid. Hoewel die ontwikkeling door een aantal factoren wordt beïnvloedt, loopt zij duidelijk gelijk aan de toename van het aantal nationale laserlaboratoria binnen het door de Europese Commissie gefinancierde Europese netwerk LaserLab Europe (www.laserlab-europe.net). Volgens de website verenigt het Consortium ondertussen 33 toonaangevende organisaties op het gebied van op lasers gebaseerd interdisciplinair onderzoek uit 16 landen. Daarvan bieden 22 faciliteiten toegang tot hun laboratoria voor onderzoek in Europa en daarbuiten.

Figuur 4

Wereldkaart van het Internationaal Comité voor lasers met een ultrahoge intensiteit (ICUIL) van 2016, waarop de mondiale omvang van laserfaciliteiten van PW-klasse te zien is

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

Het vroege succes van LaserLab Europe vormt voor ELI ERIC een basis om de Europese lasergemeenschap verder op te bouwen. Net zo belangrijk is dat ELI ERIC nieuwe capaciteiten mogelijk zal maken en de aandacht kan trekken van andere wetenschappelijke disciplines. Op basis van het succes van nationale laboratoria die met lasers werken, werden de deskundigheid, kennis en proofs-of-concept voor ELI ERIC ontwikkeld. Er is een gemeenschap van gebruikers gegroeid en er zijn aanzienlijke investeringen gedaan, die ook de ontwikkeling van Europese bedrijven voor de bouw van ELI ERIC en andere faciliteiten van PW-klasse ondersteunen. De verdere samenwerking met de gemeenschap is van kritiek belang om het concurrentievermogen en het leiderschap van Europa op dit gebied ook in de toekomst te garanderen.

Met de ontdekking van chirped pulse amplification (CPA) en later ook van optische parametrische CPA (OPCPA) op ELI-systemen is het piekvermogen van laserpulsen met zes tot acht orden van grootte toegenomen, vier orden van grootte hoger dan het niveau waarop de trillingsenergie van de elektronen gelijk is aan de rustmassa-energie (of 1 018 W/cm2 van het elektron). Zo kunnen het bereik van relativistische laser-plasma-interactie en van de subatomaire fysica worden bereikt, waaronder kern- en deeltjesfysica. Toekomstige ontwikkelingen bij ELI ERIC kunnen realistischerwijze concurreren met de krachtigste versnellers ter wereld, tegen een fractie van de kosten en met meer traditionele technieken, terwijl er hoge versnellingsgradiënten nodig zijn in gerichte toepassingen, zoals bestralingstherapie van tumoren in een ziekenhuisomgeving, waar ruimte en kosten cruciaal worden.

Wat de technologische ontwikkelingen betreft, zal ELI ERIC zich sterk richten op cruciale samenwerkingsgebieden die door ELI en door toonaangevende partners in LaserLab zijn geïdentificeerd. Belangrijke knelpunten voor de betrouwbare en kostenefficiënte exploitatie van systemen en faciliteiten van PW-klasse zullen samen met het bedrijfsleven worden aangepakt. Dat zal niet alleen positieve gevolgen hebben voor de Europese sector, de Europese Onderzoeksruimte en het netwerk van partners in LaserLab vandaag, maar zal ook rechtstreeks leiden tot de duurzame exploitatie van de ELI-faciliteiten en zo een betrouwbaarheid van wereldklasse garanderen.

FIGUUR 5

Aantal petawatt-lasersystemen dat elk jaar operationeel wordt, gesorteerd per continent waar deze systemen zijn gevestigd (*2)

De fysica is duidelijk, en de uitdaging bestaat erin de nodige technologie te ontwikkelen. ELI zal in samenwerking met het bedrijfsleven en met andere toonaangevende onderzoekscentra een aantal ontsluitende technologieën ontwikkelen, waaronder met name optische componenten van de volgende generatie.

7.2. Organisatorische doelstellingen van ELI ERIC

7.2.1. Overgaan tot exploitatie

De gecombineerde middelen en aandacht voor ELI ERIC zullen op lange termijn ingrijpende gevolgen hebben voor de wetenschap en voor de technologische vooruitgang op dit gebied. De eerste doelstelling is evenwel pragmatisch en lokaal: tegelijkertijd het beheer van twee faciliteiten opzetten en samenvoegen en de middelen efficiënt integreren.

Overeenkomstig Verordening (EG) nr. 723/2009 is ELI ERIC een onderzoeksinfrastructuur op één enkele plaats met, naast de plaats van de zetel, meerdere plaatsen van bedrijfsuitoefening in diverse gastlidstaten. Hoewel er andere wetenschappelijke organisaties met meerdere locaties zijn, worden er bijzonder weinig volledig nieuwe Europese projecten in verschillende landen gebouwd met behulp de structuurfondsen met als doel die projecten samen te voegen tot één onderzoeksinfrastructuur. Er zijn ook geen grote op lasers gebaseerde gebruikersfaciliteiten. ELI ERIC zal deze faciliteiten eerst in bedrijf moeten nemen alvorens bredere belangen aan te pakken. Dat is een technische uitdaging, maar ook een uitdaging voor het management.

7.2.2. Samenwerking tot stand brengen

De tweede doelstelling is het in kaart brengen van mogelijkheden voor technische synergieën tussen de belangrijkste centra voor kortepulslasers met een hoog vermogen in Europa. In het verleden is het lastig gebleken om PW-lasers met een hoog vermogen te exploiteren in een gebruikersomgeving, vanwege problemen met de betrouwbaarheid en de dure vervanging van onderdelen. Samen zullen de ELI-faciliteiten alleen al een vermogen van meer dan 30 PW hebben.

Met partners in nationale faciliteiten in Frankrijk, Duitsland, Spanje, het VK en Italië (allen leden van LaserLab Europe) zal ELI ERIC de grootste concentratie van de meest geavanceerde faciliteiten voor kortepulslasers met een hoog vermogen ooit samenbrengen. Het consortium kent geen gelijken, aangezien het de bedoeling is om een nooit eerder geziene samenwerking tot stand te brengen om componenten en processen te identificeren die de exploitatie van PW-lasers in de weg staan en om oplossingen en standaardbenaderingen voor de exploitatie vast te stellen.

Door samen te werken, ook met het bedrijfsleven, zullen de faciliteiten de exploitatiekosten naar verwachting met wel 30 % kunnen drukken in sommige gevallen, en zullen zij de beschikbaarheid voor gebruikers kunnen verhogen tot wel 90 % van de bundeltijd. Dat biedt de mogelijkheid om unieke schaal- en toepassingsvoordelen te realiseren, waardoor op korte termijn aanzienlijke technologische vooruitgang mogelijk wordt. Die vooruitgang zal wereldwijd weerklank vinden in de laserindustrie.

7.2.3. Een reputatie opbouwen

De derde ambitie is om de prestaties en het potentieel van de ELI-ERIC-systemen wetenschappelijk aan te tonen in een vroeg stadium van de exploitatiefase van het wetenschappelijke programma. De ELI-faciliteiten zullen proberen om tegen 2021, geholpen door de ervaring van andere partnerfaciliteiten, 80 % van de geraamde gebruiksuren van de faciliteit beschikbaar te hebben, waarbij 90 % van de primaire lasersystemen van de faciliteit in bedrijf moet zijn, waarvan de meeste een hoge tot middelhoge herhalingsfrequentie hebben.

Ter vergelijking: de huidige stand van de techniek voor lasers van PW-klasse is enkele pulsen per uur, terwijl ELI ERIC en sommige partnerfaciliteiten ernaar streven om een frequentie van één tot meerdere Hz te halen. Dat is des te opmerkelijker gezien het feit dat sommige van de lasers die ELI ERIC exploiteert tot de best presterende ter wereld behoren. Vroege oproepen zullen experimenten met dergelijke verhoogde herhalingsfrequenties mogelijk maken, waarbij tegelijkertijd ontwikkelingen kunnen plaatsvinden en streefdoelen kunnen worden opgesteld voor gebruikers.

Deze experimenten zullen niet alleen tot baanbrekende ontdekkingen leiden, maar zullen ook mondiale recordprestaties mogelijk maken voor secundaire bronnen, zoals kielzogveldversnelling op GeV-niveau. Dergelijke grensverleggende, gecontroleerde experimenten in een vroeg stadium van de levensduur van de faciliteiten, in combinatie met uitgebreide outreach- en verspreidingsactiviteiten, zullen grote belangstelling wekken voor ELI ERIC en voor laserwetenschap in het algemeen. Dat zal gevolgen hebben voor de gehele laserwetenschap in Europa en de wereld en resulteren in talrijke praktische toepassingen, zoals geavanceerde kankertherapieën en de omzetting van gevaarlijk kernafval. De ambitie is dit potentieel aan te tonen en een groeiende, duurzame basis te creëren voor steun aan ELI ERIC en de gehele laserwetenschap in Europa.

7.2.4. Innovatie tot stand brengen

De effecten van ELI ERIC op de innovatie en technologie in de laserindustrie zullen niet beperkt blijven tot de bouwfase. Momenteel is het de uitdaging voor de operationele fase om een duurzame technologische ontwikkeling tot stand te brengen. ELI zal langetermijnrelaties opbouwen met industriële partners om problemen met betrekking tot de aankoop van essentiële onderdelen en tot voortdurende technologische ontwikkeling aan te pakken met het oog op de duurzaamheid van de exploitatie.

Een van de uitdagingen ten aanzien van de banden met de industrie behelst het aangaan van een dialoog met de leveranciers om de beperkingen voor productverbeteringen of risicobeperkingsprocessen te identificeren (ruime beschikbaarheid van reserveonderdelen, meerdere leveranciers...), in het bijzonder met het oog op de duurzame exploitatie van de ELI-faciliteiten op de lange termijn.

De technologische ontwikkeling ten gevolge van de eisen van ELI ERIC zal in de operationele fase worden voortgezet. Enkele voorbeelden zijn:

— Essentiële optische onderdelen voor lasers met een hoog vermogen/hoge herhalingsfrequentie. De optica voor transport en scherpstellen en de diffractieroosters en actieve materialen moeten verder worden ontwikkeld om gedurende lange tijd bestand te zijn tegen hoge energie en hoge pulsen bij piekvermogen en bij brede bundeldiameters, en dat moet gebeuren voor een groot aantal pulsen.

— Metrologie voor korte pulsen en brede bundels. Er zijn disruptieve oplossingen nodig om de prestaties van de systemen te meten bij korte pulsen en brede bundels, om zo meer inzicht te verwerven in de unieke wetenschappelijke resultaten die met de ELI-faciliteiten zullen kunnen worden bereikt.

— Volledige controle voor complexe systemen. De experimentele systemen moeten de prestaties en de vlotte werking garanderen. Daarvoor zijn slimme, volledig met elkaar verbonden controlesystemen nodig.

De ELI-faciliteiten zullen zich richten op samenwerking met industriële partners om de huidige technologie ingrijpend te veranderen met innovatieve oplossingen. De innovatie zal inhoudelijk niet alleen zijn toegespitst op de technische aspecten op de korte termijn, maar ook op kwesties met betrekking tot de duurzaamheid van de oplossing op de lange termijn, om de beste prestaties, de langste bedrijfstijd en de meest efficiënte beheersing van de onderhoudskosten voor ELI ERIC te waarborgen. De unieke wetenschappelijke resultaten van ELI ERIC zullen op de lange termijn gebaseerd zijn op de meest duurzame technologische oplossingen voor de lasers met het hoogste piekvermogen.

7.2.5. Effecten in de gastlanden

Een belangrijke reden om in ELI ERIC te investeren en ELI ERIC onder te brengen in Midden-Europese landen is om met een hoogwaardig onderzoeks- en technologiecentrum een meerwaarde te creëren voor die regio’s. Talrijke studies van andere onderzoeksinfrastructuren hebben uitgewezen dat een aanzienlijk deel van de investeringen en innovatie-effecten zich voordoet binnen 100 km van de faciliteit, wat aantoont dat nabijheid belangrijk is. Enkele van de verwachte effecten zijn:

— Het directe effect van investeringen — De gastlidstaten zullen naar verwachting 50 % tot 80 % van de exploitatiekosten ontvangen van andere leden, wat betekent dat de investering een direct effect zou moeten hebben op de plaatselijke economie. ELI zal die effecten volgen en daarover verslag uitbrengen. Verwacht wordt dat meer dan 50 % daarvan binnen de plaatselijke regio zal worden uitgegeven, wat gevolgen zal hebben voor twee verschillende Midden-Europese gebieden.

— Meer kansen voor nationale/lokale onderzoekers — De ELI-faciliteiten bevinden zich allemaal in steden (Praag, Szeged) met universiteiten. Elke universiteit is zich bewust van de toekomstige ontwikkelingen bij ELI ERIC en heeft programma’s opgezet om studenten en academici te laten profiteren van de nabijheid van ELI ERIC. In de context van dit project zijn specifieke activiteiten opgezet die erop gericht zijn plaatselijke onderzoekers te bereiken, zodat elk land binnen tien jaar na de oprichting van ELI ERIC naar verwachting toonaangevende onderzoekers op dit gebied zal hebben.

— Meer innovatiemogelijkheden voor het plaatselijke bedrijfsleven — Naast de hierboven beschreven directe investeringseffecten, zal de nabijheid van de faciliteiten op ten minste twee meetbare manieren innovatie stimuleren. Ten eerste zullen bekwame ondernemingen kansen zien en de faciliteit proactief benaderen om producten te verkopen of te leren hoe zij hun aanbod kunnen aanpassen aan de faciliteit. Via de evenementen om contacten te leggen met het bedrijfsleven zullen zowel de aanbestedingsteams als de contactpersonen voor het bedrijfsleven de informatie-uitwisseling over de faciliteiten helpen vergemakkelijken. Daarnaast zijn er gebieden waarop het voor de faciliteiten om strategische reden nuttig kan zijn om over een plaatselijke leverancier te beschikken. De lage kosten in het gebied kunnen daarvoor een reden zijn, maar de nabijheid van en vlotte toegang tot leveranciers om technische oplossingen aan te passen zijn waarschijnlijk bepalender factoren.

8. BELANGRIJKSTE RISICO’S

8.1. Risicoanalyse

Tabel 15

Risicobeoordeling op hoog niveau voor de uitvoering van de ELI-ERIC-faciliteiten

Mogelijk risico Waarschijn- lijkheid 1 = laag, 5 = hoog Gevolgen 1 = laag, 5 = hoog Preventie/beperking Personeel aantrekken en concurrerende lonen — Het risico bestaat dat het voor ELI ERIC moeilijk zal zijn om wereldwijd toonaangevende deskundigen aan te trekken als personeel. 4 5 Actieve werving, arbeidsovereenkomsten van een bepaalde duur, onderzoeksmogelijkheden, initiatieven om de “levenskwaliteit” te verbeteren Technisch risico dat essentiële parameters niet worden gehaald — Het risico dat ELI bepaalde kernprestatie-indicatoren niet haalt, waardoor bepaalde experimenten niet mogelijk zijn. 3 3 Planning en dialoog met de gebruikersgemeenschap en ISTAC om de verwachtingen te temperen en alternatieve prioriteiten voor experimenten vast te stellen. Stijging van de lonen gedurende de eerste vijf jaar — De lonen bij ELI ERIC zullen aanzienlijk stijgen, met wel 5-10 % per jaar, vanwege de dynamiek op de plaatselijke arbeidsmarkt . 5 3 Planning en dialoog met personeel om de verwachtingen te bepalen. Veroudering van uitrusting/onderdelen — De technologie in de lasersystemen zal het komende jaar snel evolueren en ELI dreigt niet te kunnen meedingen als er niet voortdurend kapitaaluitgaven worden gedaan. 3 4 Planning in de vorm van een technologische routekaart; aanvullende financiering zoeken. Slechte eerste gebruikerservaringen — Schade in het begin ten gevolge van a) een faciliteit die niet naar behoren werkt, b) personeel dat geen ondersteuning biedt of c) slechte communicatie/slecht verwachtingsmanagement. Dit kan een slechte reputatie opleveren bij onderzoekers, waardoor maar langzaam gebruik zal worden gemaakt van de diensten. 3-4 4-5 In het begin nauw samenwerken met “gunstig gestemde gebruikers”, gebruikersenquêtes, “gebruikerscoördinatoren” aanwijzen die “conciërgediensten” aanbieden. Mislukking van de integratie van de ELI-faciliteiten — Vanwege problemen bij het beheer/de governance loopt het samenvoegen van de organisatie vertraging op of mislukt deze. Dat leidt tot hogere kosten en schade aan de integriteit en reputatie van ELI-ERIC. 2 5 Nauw toezicht op het beheer, door het hoogste niveau gedragen “veranderingsbeheer” en opleidingsworkshops, specifieke middelen en redelijke verwachtingen met betrekking tot het tijdschema.

(1) Verordening (EG) nr. 723/2009 van de Raad van 25 juni 2009 betreffende een communautair rechtskader voor een Consortium voor een Europese onderzoeksinfrastructuur (ERIC) (PB L 206 van 8.8.2009, blz. 1).

(*1) CPA- en vastestoflasertechnologie hebben de huidige piekintensiteit tot boven het bereik van 1022 W/cm2 gedreven. ELI ERIC zal die piekintensiteit met meer dan één orde van grootte doen toenemen. Voorts wordt ook het SLAC E144-experiment weergegeven (blauwe punt), waarbij een hoge intensiteit werd bereikt door de laser-stofinteractie te versterken tot in het relativistische bereik. De horizontale lijnen geven de intensiteit aan van de ponderomotorische energie (oscillatie) Up van een elektron bij een (Ti:saffier) laser van 800 nm wanneer Up gelijk is aan één atomaire massa-eenheid; wanneer Up gelijk is aan de rustmassa van het elektron, of van het uiteindelijke doel van Schwingerintensiteit Y=1, waarbij het vacuüm instabiel wordt en licht in materie wordt omgezet. Bron: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Deze grafiek bevat operationele faciliteiten en faciliteiten die nog in aanbouw zijn. Bron: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.