ANEXO I

DESCRIÇÃO TÉCNICA E CIENTÍFICA

1. OBJETIVO E ÂMBITO DE APLICAÇÃO DESTE DOCUMENTO

Este documento descreve a finalidade científica e os sistemas técnicos que o ERIC «Infraestrutura de Luz Extrema» (ELI ERIC) disponibilizará aos investigadores. Os aspetos específicos das instalações que os países de acolhimento disponibilizarão ao ELI ERIC são descritos neste documento. Este documento é fundamental para determinar o âmbito de aplicação e a definição de «operações» do ELI ERIC.

O documento enumera os objetivos científicos e a finalidade do ELI ERIC. Nos casos pertinentes, faz-se referência ao «Livro Branco» da ELI, o principal documento técnico da ELI que precedeu a sua construção. Embora se reconheça a validade de alguns aspetos da visão para a ELI descrita nesse importante documento, para efeitos do presente documento e do estabelecimento do ELI ERIC, apenas se descrevem as instalações técnicas disponibilizadas pelos membros de acolhimento do ERIC.

São sintetizados o âmbito de aplicação científico atual e os aspetos técnicos das instalações ELI. Os elementos relativos ao orçamento e ao programa no arranque das operações são igualmente indicados. Estas informações constituem uma referência para os Estatutos do ELI ERIC, em particular, para o artigo 22.o, «Compromissos e recursos», bem como uma base para acordos entre o ELI ERIC e os proprietários de instalações (instituições de acolhimento) com vista a disponibilizar as instalações ELI à comunidade de utilizadores. Como tal, o presente documento faz parte integrante dos Estatutos do ELI ERIC, desde a sua criação, e constitui a base de referência para o âmbito de ação e a missão das instalações.

2. INTRODUÇÃO E CONTEXTO

O ERIC «Infraestrutura de Luz Extrema» é uma instalação internacional de laser cujo objetivo é desenvolver novas oportunidades de investigação interdisciplinar através da aplicação de luz extrema proveniente das fontes de laser com a mais elevada potência de pico atualmente disponíveis e dedicada a fins de investigação. Estes lasers e a radiação secundária derivada dos mesmos permitirão descobertas sem precedentes num vasto conjunto de disciplinas científicas e aplicações úteis para a sociedade.

Em conformidade com o Regulamento (CE) n.o 723/2009 do Conselho (1), o ELI ERIC é uma infraestrutura de investigação unilocal com vários centros de atividades nos Estados membros de acolhimento, além da sede. As instalações ELI funcionarão em duas unidades, localizadas na República Checa e na Hungria. Estão a ser disponibilizadas a uma comunidade internacional de utilizadores científicos.

Em 2018, o Prémio Nobel da Física foi atribuído a Gérard Mourou e a Donna Strickland pelo seu trabalho sobre a tecnologia laser de amplificação de impulsos com trinado (CPA). Este Prémio Nobel é especial para a ELI por diversas razões, uma vez que põe em destaque de forma oportuna a tecnologia subjacente que possibilita a luz laser extrema. As instalações ELI impulsionarão a técnica CPA, a fim de permitir a disponibilização de níveis de potência de pico inéditos (ver a figura 1), abrindo caminho a uma diversidade de aplicações para a ciência fundamental, assim como a benefícios para a sociedade.

O objetivo específico do ELI ERIC é dar resposta a dois «grandes desafios» enunciados, pela primeira vez, no Livro Branco da ELI e ainda hoje pertinentes, tendo em vista desenvolver:

— uma instalação de feixes de alta energia e raios-X: feixes ultracurtos de partículas energéticas (> 10 GeV) e de radiação (até alguns MeV) gerados a partir de aceleradores de laser-plasma compactos,

— ciência dos atossegundos: instantâneo na escala dos atossegundos da dinâmica dos eletrões em átomos, moléculas, plasmas e sólidos.

Nomeadamente:

— A ELI-Beamlines (ELI linhas de luz), localizada em Dolní Břežany (próximo de Praga), na República Checa, centrar-se-á no desenvolvimento de fontes secundárias de impulsos curtos de radiação e partículas e nas suas aplicações multidisciplinares nas ciências molecular, biomédica e dos materiais, na física de plasmas densos, na matéria densa quente e na astrofísica laboratorial. Além disso, a instalação utiliza os seus lasers de alta potência e elevada taxa de repetição em experiências de física de campo elevado com intensidades focadas de cerca de 1023 W/cm2, para investigar a física dos plasmas exóticos e efeitos QED não lineares. — A ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI fonte de impulsos de luz de attosegundos) (ELI-ALPS), localizada em Szeged, na Hungria, está a criar uma instalação única que oferece fontes de luz entre a gama de frequências THz (1012 Hz) e raios-X (1018 - 1019 Hz) sob a forma de impulsos ultracurtos com uma elevada taxa de repetição. A ELI-ALPS dedicar-se-á à dinâmica extremamente rápida captando instantâneos, à escala dos atossegundos (10–18 s), da dinâmica dos eletrões em átomos, moléculas, plasmas e sólidos. Conduzirá igualmente investigação com lasers de intensidade ultraelevada.

As instalações ELI disponibilizarão um conjunto dos sistemas mais potentes e de impulsos mais curtos atualmente disponíveis. Mais especificamente, a ELI será a primeira infraestrutura dedicada ao estudo fundamental da interação laser-matéria no regime ultrarrelativista (I > 1024 W/cm2). As instalações já estão a testar uma nova geração de linhas de luz inovadoras e extremamente compactas, que produzem feixes de partículas energéticas e radiação com a duração de fentossegundos (10–15 s) a atossegundos (10–18 s).

Com esta diversidade de atividades de investigação, prevê-se que as instalações ELI gerem benefícios sociais significativos e promovam a inovação a médio e longo prazo, incluindo melhores tratamentos oncológicos (feixes de radiação de iões), imagiologia médica e biomédica, uma nova geração de fotónica e o desenvolvimento de novos métodos de tratamento de resíduos nucleares através da transmutação.

As instalações ELI abrangem, no total, quase 54 000 m2, repartidos por duas unidades, prevendo-se que venham a incluir 600 cientistas, engenheiros, técnicos e pessoal de apoio.

Figura 1

As intensidades focadas máximas ao longo do tempo (*1)

Inicialmente, o «Livro Branco» da ELI, apresentado em 2011, enunciou uma visão para a instalação que alarga os limites da tecnologia de «luz extrema» e laser, que, hoje em dia, continua a ser relevante:

«As principais especificações dos sistemas de laser de alta potência caracterizam-se por uma potência de pico entre um e dois petawatts (PW) a taxas de repetição muito baixas (sub-Hz), o que permaneceu inalterado durante mais de uma década [agora duas]. No entanto, a maioria dos sistemas de alta potência continua a situar-se ao nível de 100 TW. O projeto ELI e os projetos nacionais que o antecederam, como o ILE e o Vulcan 10 PW, aumentarão a potência de pico de lasers individuais (módulos) para o regime de 10 PW ou multi-10 PW a taxas de repetição muito mais elevadas, constituindo uma evolução de mais de uma ordem de grandeza nestes dois parâmetros.»

Esta visão abre caminho a sistemas de laser de 100 PW combinados, coerentes e ainda mais potentes, que serão previsivelmente desenvolvidos nas futuras instalações ELI, com base nas tecnologias que estão a ser implantadas pela primeira vez nas mesmas. Estes sistemas permitem um novo tipo de interação, tornando possível, pela primeira vez, ir além da física atómica para explorar estratos de matéria relevantes para a física nuclear, a física de partículas de alta energia e a astrofísica, domínios tradicionalmente estudados com aceleradores de partículas de alta energia. Espera-se que a ELI introduza uma abordagem completamente nova à investigação da física fundamental. A intensidade ultrarrelativista do laser constitui a essência da ELI, tendo como resultado:

— o campo eletromagnético mais elevado,

— a possibilidade de a luz mover matéria, eletrões e iões a uma velocidade relativista,

— a geração de radiação de alta energia, X ou γ, coerente ou incoerente,

— a possibilidade de produzir impulsos muito mais curtos do que é atualmente possível, eventualmente ainda mais curtos do que no intervalo dos atossegundos.

Estas quatro características únicas, isoladas ou combinadas, oferecem um novo conjunto de potentes ferramentas dinâmicas estruturais.

3. AS INSTALAÇÕES ELI RELATIVAS AO ERIC «INFRAESTRUTURA DE LUZ EXTREMA»

O acesso às instalações ELI será competitivo, internacional e aberto a utilizadores oriundos ou não dos países membros, com base no artigo 2.o, n.o 2, alínea a), dos Estatutos do ELI ERIC e na sua política de acesso dos utilizadores, definida no artigo 6.o dos Estatutos do ELI ERIC, bem como nos princípios estabelecidos na Carta da União Europeia para o Acesso a Infraestruturas de Investigação (2). Todos os «acessos de utilizador» devem ser objeto de avaliação pelos pares. O ELI ERIC assegura um ponto de acesso comum aos utilizadores que respondam a um convite unificado à apresentação de propostas que inclui todas as capacidades disponíveis das instalações ELI, de forma integrada.

De uma perspetiva científica, o acesso é «aberto», o que significa que as instalações ELI estão abertas a potenciais investigadores dos países membros, mas também de países não membros. As propostas são competitivas e o acesso «aberto» significa igualmente que os dados estão disponíveis e que qualquer pessoa pode consultá-los, analisá-los e eventualmente utilizá-los em publicações.

Além do acesso «aberto», existe igualmente o acesso «privado», que é pago pelo utilizador e cujos resultados, sob a forma de dados, podem ser propriedade do utilizador e «fechados».

Por último, existirão também possibilidades de acesso relacionadas com objetivos baseados em «missões». Pode tratar-se de investigação de orientação temática em disciplinas específicas, podendo ainda incluir o desenvolvimento tecnológico em termos de colaboração em inovação e contratação pública. A formação e o ensino com vista à criação de capacidades são uma prioridade para os membros e para o Espaço Europeu da Investigação, mas podem não se limitar aos membros.

Os membros de acolhimento comprometem-se a disponibilizar as instalações ELI ao ELI ERIC no âmbito da sua contribuição. Esta contribuição a custo zero dos membros de acolhimento é do interesse público e os custos do investimento na construção não são amortizados nem se repercutem nos custos operacionais. O conceito de disponibilidade não exige, implica ou exclui uma transferência de propriedade total ou parcial das instalações. O significado de disponibilidade neste contexto específico é definido e acordado entre o ELI ERIC e os seus membros de acolhimento como o pleno acesso às respetivas instalações, o seu controlo e a responsabilidade pelas mesmas. O conceito está juridicamente regulado através de acordos específicos sobre o funcionamento das instalações celebrados entre o ELI ERIC, o membro de acolhimento e, se for caso disso, os proprietários das instalações ELI.

Estes acordos abrangem a sua exploração, o apoio e a gestão e remetem diretamente para os Estatutos do ELI ERIC para estabelecer a respetiva base jurídica. Têm em consideração compromissos, responsabilidades e obrigações preexistentes, incluindo os definidos no quadro de projetos executivos dos Fundos Europeus Estruturais e de Investimento (a seguir designados por «FEEI»). Os acordos são ainda discutidos no modelo de operações de gestão do ELI ERIC e abrangem dois tipos de objetivos intermédios relativos à disponibilidade:

— Objetivos técnicos intermédios ¾ a seguir descritos, designadamente séries de instrumentos e estações experimentais específicos, em funcionamento e preparados para o utilizador, recomendados por um painel de avaliação que inclui peritos independentes e aprovados pela AG do ELI ERIC.

— Objetivos organizacionais intermédios ¾ os objetivos organizacionais intermédios são definidos independentemente para cada instalação ELI.

Esta abordagem deve ser coerente com o objetivo expresso nos Estatutos do ELI ERIC de funcionar como uma entidade jurídica única e de evoluir num sentido semelhante ao de outras infraestruturas de investigação de referência, ou seja, tendo em vista uma organização e gestão únicas integradas, tal como definido no artigo 3.o, n.o 1, dos Estatutos do ELI ERIC.

As secções seguintes incluem descrições pormenorizadas de cada instalação ELI e definem a natureza científica e técnica essencial de cada uma. Trata-se de uma base importante para a abordagem relativa à disponibilização das instalações ELI, acima descrita. São igualmente indicados o calendário de disponibilidade para efeitos de «acesso dos utilizadores» a cada instalação, bem como os custos estimados do futuro funcionamento de cada uma nos três primeiros anos, até aos dois primeiros anos, inclusive, de «funcionamento em condições estacionárias». As secções descrevem sucintamente o atual estatuto jurídico de cada instalação ELI e o modo como este pode afetar o acesso ao ELI ERIC no futuro.

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

A instalação da ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) , localizada em Szeged (Hungria), disponibilizará a uma comunidade internacional, no âmbito do ELI ERIC, uma ampla gama de fontes de radiação e partículas, que emitem, de uma forma estável em termos de especificações e robusta em termos de operação, impulsos energéticos de duração ultracurta e radiação coerente no intervalo temporal dos atossegundos (10–18 s). Trata-se de uma instalação unilocal, inteiramente nova, que ocupa mais de 24 000 m2 e que deverá empregar cerca de 200 funcionários.

A instalação ELI-ALPS foi construída e é atualmente propriedade da ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), uma empresa estatal independente sem fins lucrativos, detida em 90 % pelo Estado húngaro e em 10 % por partes interessadas locais. A ELI-HU goza de plena autonomia e personalidade jurídica na Hungria.

4.1. Estrutura técnica e fontes

A principal missão da instalação de investigação ELI-ALPS Szeged consiste em tornar uma vasta gama de fontes de luz ultracurtas acessível aos grupos de utilizadores da comunidade científica internacional. As fontes de luz secundárias geradas por laser, que emitem radiação coerente ultravioleta extrema (XUV) e de raios-X, e confinadas em impulsos de atossegundos, constituem uma importante iniciativa de investigação da infraestrutura. A instalação tem como objetivo secundário contribuir para os progressos científicos e tecnológicos necessários à geração de lasers de elevada intensidade de pico e potência média elevada.

Quadro 1

Parâmetros de desempenho previstos da ELI-ALPS para fontes de laser à saída do laser

FONTES DE LASER PRIMÁRIAS Potência de pico Potência média Energia do impulso Duração do impulso Taxa de repetição ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 ciclos < 1,9 ciclos 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 ciclos (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 ciclos (< 42 fs) 100 kHz MIR HE melhoramento previsto ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ @ 3μm ~ 20 mJ @ 1,5μm ~ 3 ciclos (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 ciclos (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 melhoramento previsto ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 ciclos (~8 fs) 1 kHz SYLOS alinhamento da experiência 3 TW 0,4 W > 40 mJ < 12 fs 10 Hz HF PW > 2 PW 340 W 34 J 17 fs 10 Hz Bomba THz > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

A infraestrutura ELI-ALPS fornece aos utilizadores, nos domínios da investigação científica e das aplicações industriais, impulsos de laser primários em combinação com uma série impressionante de impulsos de luz e partículas secundários sincronizados. As características excecionais dos parâmetros da fonte incluem:

— impulsos de poucos ciclos desde os terahertz/infravermelhos aos petahertz/ultravioletas, com uma impressionante taxa de repetição de 10 Hz a 100 kHz,

— impulsos de atossegundos, ultra-violetas extremos e de raios-X moles e duros, com uma taxa de repetição de 10 Hz a 100 kHz e energia do impulso que vai de poucos J a mJ,

— fontes de partículas relativistas e ultrarrelativistas e de raios-X espacialmente coerentes com duração de fentossegundos,

— formas de impulsos ultrarrelativistas controladas com contraste ultraelevado a uma taxa de repetição de poucos Hz e kHz.

Uma missão paralela da ELI-ALPS consiste em contribuir, em conjunto com a outra instalação ELI, para os progressos tecnológicos conducentes à geração de lasers de elevada potência de pico e elevada potência média, em especial para a atociência e para aplicações pertinentes. A existência paralela de impulsos de atossegundos e de lasers de última geração, incluindo lasers de classe PW na mesma instalação, oferece possibilidades únicas de investigação de resolução temporal no âmbito da interação não relativista e relativista da luz com os quatro estados da matéria.

A instalação ELI-ALPS dedica especial atenção ao fomento, através de efeitos indiretos, de aplicações industriais, tendo igualmente em conta o forte impacto possível no território adjacente, que irá acolher um grande parque científico.

Quadro 2

Objetivos intermédios das fontes de laser da ELI-ALPS

DISPONIBILIDADE DE FONTES DE LASER DA ELI-ALPS INÍCIO DA ATIVAÇÃO ACESSO DOS UTILIZADORES HR1 10.2017 Disponível (0,8 mJ, <1,9 ciclos) 11.2021 (especificações completas) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 Disponível MIR HE – MELHORAMENTO PREVISTO 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 Disponível SYLOS3 – MELHORAMENTO PREVISTO 10.2022 1.2023 SYLOS ALINHAMENTO DA EXP. 12.2018 Disponível HF PW 5.2018 10.2021 BOMBA THZ 1.2021 3.2021

4.2. Estações experimentais

Figura 2

Configuração das estações experimentais da ELI-ALPS

A ELI-ALPS disponibiliza inúmeros impulsos de laser ultracurtos de elevada intensidade de última geração, em combinação com fontes secundárias de ponta e estações terminais avançadas para os utilizadores, que criam um ambiente excecional para a investigação científica fundamental e aplicada. Existem alguns domínios em que a ELI-ALPS será, desde o início, líder a nível mundial:

— Ciência dos eletrões de valência e do núcleo ¾ a dinâmica dos eletrões de valência e do núcleo em sistemas de pequena dimensão pode ser monitorizada e controlada individualmente com interações de impulsos de atossegundos.

— Visualização da dinâmica estrutural ultrarrápida e efeitos de correlação ¾ as combinações de fontes com impulsos ultracurtos e comprimentos de onda curtos permitem a visualização da dinâmica de carga em sistemas complexos e (fortemente) correlacionados.

— Dinâmica ultrarrápida da matéria superficial e condensada ¾ fontes de atossegundos e elevada taxa de repetição, que vão além do estado da técnica, em combinação com uma estação terminal sofisticada NanoEsca para os utilizadores, oferecem oportunidades únicas no domínio da ciência das superfícies e da matéria condensada.

— Atociência dos plasmas ¾ os impulsos relativistas de poucos ciclos ou impulsos PW com superior contraste espacial e temporal serão utilizados para estudar, otimizar e aplicar processos de emissão em subciclos para investigar a dinâmica relativista das superfícies, as configurações de impulsos relativistas, a radiobiologia, etc.

— Investigação da radiação de Thz ¾ estarão disponíveis fontes de Thz ultracurtas de elevada intensidade com intensidade de pico do campo elétrico sem precedentes (até 5 MV/cm) e energia do impulso de 1 mJ na gama de frequências de 0,1-2 THz.

A combinação única das fontes de radiação de elevada taxa de repetição na ELI, que abrangem o espectro eletromagnético do raio X ao infravermelho longínquo e ao Thz, tornam esta instalação extremamente atrativa para a investigação de sistemas aplicados complexos. Os domínios de investigação aplicada incluem fontes inovadoras com duração de atossegundos, novas fontes de partículas, a nanotecnologia, o património cultural, a imagiologia biológica e aplicações biomédicas, como a tomografia avançada com contraste de fase e a espectroscopia multidimensional.

Quadro 3

Objetivos intermédios das fontes secundárias da ELI-ALPS

FONTES SECUNDÁRIAS DA ELI-ALPS INÍCIO DA ATIVAÇÃO ACESSO DOS UTILIZADORES GHHG HR1 & 2 GAS (LTA4) 8.2018 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG HR1 & 2 CONDENSED (LTA3) 10.2020 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) 3.2020 7.2021 GHHG SYLOS LONG (LTA1) 1.2021 2.2022 SHHG SYLOS (MTA) 11.2021 1.2023 SHHG HF (HTA) 6.2022 1.2023 MIR HE GENERATED ATTO ¾ MELHORAMENTO PREVISTO 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 ¾ MELHORAMENTO PREVISTO (HTA) 1.2023 4.2023 ION BEAMLINE ¾ MELHORAMENTO PREVISTO 9.2023 12.2024





Quadro 4

Objetivos das estações experimentais da ELI-ALPS

ESTAÇÕES EXPERIMENTAIS DA ELI-ALPS INÍCIO DA ATIVAÇÃO ACESSO DOS UTILIZADORES MICROSCÓPIO DE REAÇÃO 6.2021 9.2021 ESTAÇÃO TERMINAL DO ESPECTRÓMETRO VMI 8.2020 10.2020 ESTAÇÃO DE MATÉRIA CONDENSADA (NANOESCA) 12.2019 6.2020 (autónoma) 7.2021 (com atossegundos) ESPECTRÓMETRO ELETRÓNICO DE GARRAFA MAGNÉTICA 4.2021 12.2021 NANOCIÊNCIA E NANOFABRICAÇÃO 6.2018 12.2019 FORMAÇÃO DE IMAGENS COM BETATRÃO – MELHORAMENTO PREVISTO 4.2023 12.2023 ESTAÇÃO DE CONTROLO DE REAÇÕES QUÍMICAS 6.2020 8.2020 ESTAÇÃO TERMINAL DE JATOS LÍQUIDOS 4.2022 8.2022 ESPECTROSCOPIA MULTIDIMENSIONAL (FENTOBIOLOGIA) ¾ MELHORAMENTO PREVISTO 8.2021 12.2021 ESTAÇÃO DE FÍSICA DE CAMPO ELEVADO (ÁREA-ALVO PW) 12.2022 2.2023 RADIOBIOLOGIA/BIOMEDICINA 8.2018 2.2020

O quadro acima enumera as estações que, nos próximos anos, deverão estar à disposição do ELI ERIC no âmbito da sua política de «acesso dos utilizadores». Constituem objetivos intermédios críticos de natureza técnica para o ELI ERIC e para a Hungria na sua qualidade de país de acolhimento do ELI ERIC. Prevê-se que as estações fiquem disponíveis em diferentes datas. Após a abertura da última estação experimental para acesso dos utilizadores, considera-se que a instalação entrou em modo de «funcionamento em condições estacionárias». Além disso, o quadro acima apresenta os melhoramentos previstos da instalação que serão objeto de análise e considerações futuras por parte do ELI ERIC.

À medida que as fontes de laser primárias e do acelerador começarem a ser ativadas, os primeiros grupos de utilizadores prestarão assistência na caracterização das fontes e na finalização da construção das estações experimentais. Estas atividades são geridas e iniciadas diretamente através da ELI-ALPS. Com a entrada em funcionamento dos primeiros lasers (MIR, HR1), no final de 2017, já foi entretanto disponibilizado acesso para assistência à ativação aos primeiros grupos de utilizadores internacionais (FORTH Grécia, ETH Zurique, CEA França, Universidade Hebraica, Universidade de Friburgo, Universidade de Aarhus, Universidade de Limoges, MPQ Garching, Universidade Friedrich Schiller de Jena, Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, Coreia do Sul, Instituto de Investigação Wigner, Hungria).

À medida que cada estação experimental passa a fase de ativação e é disponibilizada, apoiada por uma fonte primária e/ou uma fonte secundária funcional, o programa de acesso dos utilizadores pode ter início e o ELI ERIC pode começar a aceitar propostas para essas estações.

A confirmação e aceitação de cada estação experimental serão monitorizadas e será realizada uma «análise de aceitação operacional» formal por peritos independentes, peritos da ELI-ALPS e peritos da outra instalação ELI, que confirmarão que a estação pode ser colocada à disposição dos utilizadores e apresentarão uma recomendação formal ao ISTAC e à Assembleia Geral do ELI ERIC.

4.3. Acesso dos utilizadores e modos operacionais

Os utilizadores de outras instalações de laser e investigação conceituadas estarão familiarizados com o modo de acesso. Prevê-se que as experiências sejam conduzidas no prazo de dias e, em alguns casos, de semanas. No geral, o objetivo da instalação é estar disponível [220 dias/ano × 8 horas/dia] num total de 1 760 horas/ano.

4.4. Aspetos relativos às operações e à relação entre o ELI ERIC e a ELI-ALPS

Embora o ELI ERIC seja mandatado para gerir o acesso à instalação ELI-ALPS à medida que é disponibilizado, a estrutura física da instalação pertence à ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU) e será diretamente gerida, no início, por esta entidade. Trata-se de uma «organização de investigação» para efeitos de regras em matéria de auxílios estatais à investigação e ao desenvolvimento.

Além dos importantes objetivos técnicos e científicos intermédios acima descritos, existem também objetivos organizacionais intermédios associados à integração global da ELI-ALPS no ELI ERIC. Esses objetivos organizacionais intermédios encontram-se enumerados no quadro abaixo.

Quadro 5

Objetivos intermédios previstos para a transição organizacional da ELI-ALPS

MODELO ORGANIZACIONAL INTEGRADO DA ELI-ALPS 2020 2021 2022 GOVERNAÇÃO X X X POLÍTICA CIENTÍFICA X X X ACESSO DOS UTILIZADORES — X X ORÇAMENTO — X X POLÍTICA DE EMPREGO — — X GESTÃO DA TECNOLOGIA — — X GESTÃO DAS INSTALAÇÕES — — X ASPETOS JURÍDICOS E RESPONSABILIDADE — X X SERVIÇOS ADMINISTRATIVOS — X X

No caso da ELI-ALPS, as atividades transitarão para o ELI ERIC ao longo de um período de, pelo menos, dois anos, sendo que algumas atividades transitarão no final desse período. Quando consideradas em conjunto com os objetivos técnicos intermédios enumerados para as estações experimentais, é possível determinar o plano geral de transição.

O quadro abaixo enumera os custos estimados da ELI-ALPS relativos ao acesso dos utilizadores, decorrentes da exploração da instalação pelo ELI ERIC, a partir do período 2020-2021, o período de transição. Trata-se do período de tempo em que se presume que a gestão das responsabilidades, recursos e ativos passa da ELI-HU para o ELI ERIC.

Quadro 6

Custos estimados do acesso à ELI-ALPS

EUR ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Custos diretos com pessoal 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Custos diretos com equipamento 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Custos com pessoal + equipamento 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 % pessoal + equipamento/total 27 37 42 42 Custos indiretos 11 249 019 11 281 373 12 194 339 € 12 846 596 € Custos totais da ELI-ALPS 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI-BEAMLINES (ELI-BL)

Como o próprio nome indica, a instalação ELI-Beamlines (ELI-BL) , localizada em Dolní Břežany, próximo de Praga (República Checa), tem capacidade para apoiar múltiplas e diferentes experiências de um conjunto de utilizadores, disponibilizando diversas linhas de laser. Foi concebida para oferecer capacidades de alta energia e elevada taxa de repetição. Trata-se de uma instalação unilocal, inteiramente nova, que ocupa mais de 30 000 m2 e que deverá empregar cerca de 200 a 300 funcionários encarregados de prestar apoio aos utilizadores.

A instalação é propriedade do Instituto de Física da Academia das Ciências Checa, que é responsável pela sua gestão e goza de plena autonomia e personalidade jurídica na República Checa como instituição pública de investigação.

5.1. Estrutura técnica e fontes

Quadro 7

Parâmetros de desempenho previstos da ELI-BL para fontes de laser

FONTES DE LASER PRIMÁRIAS Potência de pico Energia do impulso Duração do impulso Taxa de repetição ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, duas cores 100 TW ≥ 3J 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 disparo por minuto L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 disparo por minuto L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs-150 ps 1 disparo por minuto Astrella 6 e 10 mJ 20 fs 1 kHz Biolaser Estabilização da fase portadora-envelope (CEP) em 6 mJ 20 fs 1 kHz





Quadro 8

Datas das principais etapas de acesso às linhas de luz da ELI-BL

FONTES DE LASER DA ELI-BL ATIVAÇÃO INICIADA ACESSO DOS UTILIZADORES 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 BIOLASER 4.2018 6.2018

É dada uma forte ênfase a possíveis aplicações em diferentes domínios importantes do ponto de vista social, nomeadamente na medicina ou na biologia. A ELI-BL, juntamente com o centro HiLASE associado (igualmente propriedade e sob gestão do Instituto de Física da Academia das Ciências Checa), dedicado ao desenvolvimento e transferência de tecnologia laser e que funciona já como um ponto de atração de empresas e empresas derivadas em diferentes domínios, na denominada região STAR (Região Avançada de Ciência e Tecnologia), circunvizinha da instalação ELI-BL, cria um ambiente propício à cooperação intensiva entre a investigação e a indústria.

5.2. Estações experimentais

Figura 3

Configuração das estações experimentais da ELI-BL

Os impulsos de luz ultracurtos e ultraintensos e as partículas geradas a partir da interação com materiais-alvo em estado sólido e gasoso permitem uma vasta gama de projetos de investigação fundamental e aplicada em química, em biologia, nas tecnologias médicas, no desenvolvimento de novos materiais e noutros domínios. As atividades de investigação desenvolvidas na instalação ELI-BL estão estruturadas em seis pavilhões experimentais.

Quadro 9

Fontes secundárias/linhas de luz e objetivos intermédios da ELI-BL

FONTES SECUNDÁRIAS DA ELI-BL FONTE ATIVAÇÃO INICIADA ACESSO DOS UTILIZADORES E1: FONTES DE RAIOS-X HHG 2.2018 1.2019 E1: FONTES DE RAIOS-X PXS 3.2018 4.2019 E2: FONTES DE RAIOS-X Betatrão 6.2019 11.2019 E2: FONTES DE RAIOS-X ¾ MELHORAMENTO FINANCIADO Compton 1.2020 12.2020 E5: FONTES DE RAIOS-X DE ONDULADOR DE LASER LUIS 3.2019 6.2020 E4: ACELERAÇÃO DE IÕES ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: ACELERAÇÃO DE ELETRÕES HELL 1.2019 3.2020





Quadro 10

Estações experimentais e objetivos intermédios da ELI-BL

ESTAÇÕES EXPERIMENTAIS DA ELI- BL ESTAÇÃO ATIVAÇÃO INICIADA ACESSO DOS UTILIZADORES E1: APLICAÇÕES MATERIAIS E BIOMOLECULARES MAC 4.2018 1.2019 E1: APLICAÇÕES MATERIAIS E BIOMOLECULARES Trex 6.2018 5.2019 E1: APLICAÇÕES MATERIAIS E BIOMOLECULARES SRS 6.2018 3.2019 E1: APLICAÇÕES MATERIAIS E BIOMOLECULARES ELIps 9.2018 3.2019 E2: FONTES DE RAIOS-X ¾ MELHORAMENTO FINANCIADO Estação Compton 7.2021 7.2022 E5: FONTES DE RAIOS-X DE ONDULADOR DE LASER Estação LUIS 3.2019 6.2021 E3: PLATAFORMA DE FÍSICA DOS PLASMAS P3 9.2018 10.2020 E4: ACELERAÇÃO DE IÕES ELIMED 11.2018 1.2021 E5: ACELERAÇÃO DE ELETRÕES Estação ELBA 1.2019 7.2021

O pavilhão experimental E1 acolhe fontes secundárias geradas por laser e estações terminais experimentais para aplicações nas ciências molecular, biomédica e dos materiais. As experiências explorarão feixes de fotões de laser sincronizados na gama de VUV e raios-X duros (fonte de harmónicos elevados ¾ uma fonte de kHz de impulsos de EUV ultracurtos emitidos num feixe coerente com baixa divergência ¾ e fonte de raios-X de plasma ¾ impulsos de radiação de raios-X de fentossegundos na gama espectral de 4-30 keV).

Os instrumentos incluem:

— MAC: uma câmara polivalente para as ciências atómica, molecular e ótica e imagem difrativa coerente.

— ELIps: elipsómetro VUV para experiências sub-ps; uma estação terminal para VUV e materiais de raios-X moles.

— Estação terminal de raios-X duros: uma estação modular para experiências de resolução temporal, como dispersão, difração, espectroscopia e formação de imagens com raios-X.

— Sondas óticas e feixes de bombeamento: uma estação avançada para espectroscopia ótica, incluindo dispersão estimulada de Raman; fonte de um vasto conjunto de feixes de bombeamento sincronizados desde UV a IV e THz.

O pavilhão experimental E2 é dedicado a feixes de raios-X duros, ultrarrápidos e brilhantes. Está disponível um laser de classe PW a uma taxa de repetição de 10 Hz. Pode ser ajustado um conjunto de parâmetros, incluindo a intensidade do laser, o tamanho e a duração do ponto de laser e a densidade dos eletrões no gás. Os eletrões são acelerados até energias relativistas e agitados pelo próprio plasma (fonte de betatrão) ou por um segundo impulso de laser (fonte de Compton). São emitidos feixes intensos de raios-X ou raios gama de fentossegundos por uma fonte de tamanho micrométrico. Os utilizadores podem solicitar um espectro estreito (difusão de energia de 10 %) ou radiação em banda larga numa gama espectral de keV a alguns MeV.

A plataforma de física dos plasmas, localizada no pavilhão experimental E3, é uma infraestrutura experimental polivalente concebida para investigar a interação laser-plasma e laser-matéria, sobretudo sobre os seguintes temas:

— física de alta densidade de energia (HEDP)

— matéria densa quente (WDM)

— ótica dos plasmas (PO)

— astrofísica laboratorial (LA)

— interação de intensidade ultraelevada (UHI)

A área experimental E4 permite aos utilizadores testar diversas amostras com fontes de iões acelerados por laser, graças à sua secção de transporte e dosimetria de feixes de iões, além de investigar sistemas inovadores de aceleração de iões por laser que podem ser instalados na câmara de interação flexível. A linha de luz ELIMAIA permite ao utilizador investigar aplicações multidisciplinares, utilizando feixes de iões gerados por laser, como estudos de radiobiologia in vitro e estudos pré-clínicos no âmbito da cooperação internacional da ELIMED.

O pavilhão experimental E5 contém a linha de luz LUIS e destina-se a utilizadores interessados na irradiação de várias amostras através das técnicas mais avançadas. Alberga ainda a plataforma ELBA, uma área experimental flexível destinada a utilizadores que pretendem testar conceitos inovadores e aplicar as tecnologias mais avançadas para acelerar eletrões com lasers a níveis multi-GeV.

Além do âmbito de ação inicial da instalação ELI-BL, o quadro acima apresenta também melhoramentos e atualizações de capacidade da instalação já financiados através de projetos específicos, designadamente o ADONIS, o HIFI e o ELIBIO, que serão objeto de análise e considerações futuras por parte do ELI ERIC.

A confirmação e aceitação de cada estação experimental são monitorizadas e será realizada uma «análise de aceitação operacional» formal por peritos independentes, peritos da ELI-BL e peritos da outra instalação ELI, que confirmarão que a estação pode ser colocada à disposição dos utilizadores e apresentarão uma recomendação formal ao ISTAC e à Assembleia Geral do ELI ERIC.

5.3. Acesso dos utilizadores e modos operacionais

Os utilizadores de outras instalações de laser e investigação conceituadas estarão familiarizados com o modo de acesso. Prevê-se que as experiências sejam conduzidas no prazo de dias e, em alguns casos, de semanas. No geral, o objetivo da instalação é estar disponível [220 dias/ano × 8 horas/dia] num total de 1 760 horas/ano.

5.4. Aspetos relativos às operações e à relação entre o ELI ERIC e a ELI-BL

Embora o ELI ERIC seja mandatado para gerir o acesso à instalação ELI-BL à medida que é disponibilizado, a estrutura física da instalação pertence e será diretamente gerida, no início, pelo Instituto de Física da Academia das Ciências da República Checa, que goza de plena autonomia e personalidade jurídica na República Checa. Trata-se de uma «organização de investigação» para efeitos de auxílios estatais à investigação e ao desenvolvimento.

Além dos importantes objetivos técnicos e científicos intermédios acima descritos, existem também objetivos organizacionais intermédios associados à integração global da ELI-BL no ELI ERIC. Estes objetivos organizacionais intermédios são enumerados no quadro abaixo e descritos no apêndice 1, «Modelo de operações de gestão».

Quadro 11

Objetivos intermédios previstos para a transição organizacional da ELI-BL

MODELO INTEGRADO DA ELI-BL 2020 2021 2022 GOVERNAÇÃO X X X POLÍTICA CIENTÍFICA X X X ACESSO DOS UTILIZADORES — X X ORÇAMENTO — X X POLÍTICA DE EMPREGO — — X GESTÃO DA TECNOLOGIA — — X GESTÃO DAS INSTALAÇÕES — — X ASPETOS JURÍDICOS E RESPONSABILIDADE — X X SERVIÇOS ADMINISTRATIVOS — X X

A República Checa compromete-se a disponibilizar a capacidade total das instalações ELI-BL ao ELI ERIC.

O quadro abaixo enumera os custos estimados da ELI-BL relativos ao acesso dos utilizadores, decorrentes da exploração da instalação pelo ELI ERIC, a partir do período 2020-2021, o período de transição. Trata-se do período de tempo em que se presume que a gestão das responsabilidades, recursos e ativos passa do Instituto de Física da Academia das Ciências da República Checa para o ELI ERIC.

Quadro 12

Custos estimados do acesso à ELI-Beamlines

EUR ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Custos diretos com pessoal 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Custos diretos com equipamento 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Custos com pessoal + equipamento 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 % pessoal + equipamento/total 51 52 53 53 Custos indiretos 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Custos totais da ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. CUSTOS ESTIMADOS

Para definir as condições necessárias para alcançar a sustentabilidade a longo prazo, importa detalhar os custos e as possíveis fontes de financiamento. Conforme previsto nos Estatutos do ELI ERIC, os princípios gerais da utilização das instalações ELI devem ser documentados numa política autónoma acordada pela AG, e a repartição das contribuições dos membros para os custos operacionais está prevista no anexo II, criando também os pré-requisitos para evitar um desequilíbrio significativo e duradouro entre a utilização e as contribuições em numerário ou em espécie de cada membro.

A seguir, apresentam-se os elementos básicos para determinar os custos, que podem ser agrupados nas categorias seguintes:

1) Construção ¾ despesas de capital (CAPEX) antes das operações;

2) Operações ¾ despesas operacionais (OPEX) do acesso avaliado pelos pares;

3) Futuros melhoramentos ¾ novos investimentos (CAPEX) necessários para melhorar as especificações e os instrumentos disponíveis em resposta à concorrência e às exigências dos utilizadores.

O texto seguinte aborda aspetos referidos nos pontos 1 («construção») e 2 («operações»).

6.1. Construção

O investimento total (custos de construção) das instalações ELI será de cerca de 556 milhões de EUR durante o período de construção, conforme descrito no quadro 13.

Quadro 13

Custos de construção das instalações ELI

milhares de EUR RUBRICA ELI-BL ELI-ALPS ELI EDIFÍCIO + TERRENO 94 643 88 705 183 348 TECNOLOGIA 181 876 105 435 287 311 SERVIÇOS 7 601 9 788 17 389 PESSOAL 41 206 27 484 68 690 TOTAL 325 326 231 412 556 738

Estes custos são totalmente cobertos pelos países de acolhimento, através dos FEEI e de financiamento nacional, com base nos projetos aprovados e acompanhados pelas autoridades de gestão nacionais. Cerca de 25 % dos investimentos realizados dizem respeito aos edifícios, 65 % à tecnologia e 10 % ao pessoal e serviços. Para o ELI ERIC, estes custos não são recuperáveis nem serão tidos em conta nos custos operacionais do ELI ERIC. Nenhum investimento inicial ou custo de construção será financiado pelas contribuições, que estão reservadas apenas para o funcionamento inicial, o funcionamento em condições estacionárias e os melhoramentos.

6.2. Operações

O compromisso dos membros de acolhimento permite a outros membros que não são de acolhimento definirem uma abordagem gradual no que respeita aos seus futuros compromissos, bem como alcançar a sustentabilidade a mais longo prazo do ELI ERIC, com base nas contribuições dos membros:

Quadro 14

Custos estimados das operações do ELI ERIC para as instalações ELI

EUR Custos operacionais do ELI ERIC 2020 2021 2022 2023 2024 Custos diretos com pessoal 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Custos diretos com equipamento 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Custos indiretos 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 Total das instalações ELI 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 Sede do ELI ERIC 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 Total do ELI ERIC 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

A adesão de membros que não são membros de acolhimento durante o período de funcionamento inicial permite aumentar gradualmente as contribuições, bem como tomar uma decisão relativamente aos compromissos e ao nível definitivo da sua contribuição logo após a criação do ELI ERIC. A adesão precoce permite aos futuros membros participarem na definição das regras básicas relativas ao funcionamento das instalações ELI, aumentando os compromissos financeiros numa fase inicial.

Acima são indicados os custos operacionais previstos do ELI ERIC, ajustados aos atuais objetivos intermédios. Estes representam provavelmente a estimativa máxima dos custos de acesso dos utilizadores durante o período de funcionamento inicial, dependendo da consecução ou não dos objetivos intermédios. As estimativas devem ser definidas e acompanhadas anualmente durante todo o período de funcionamento inicial.

6.3. Futuros melhoramentos

Os custos operacionais do ELI ERIC não têm em conta futuros melhoramentos das instalações e dos sistemas de laser. Cobrem os custos de funcionamento, incluindo peças sobresselentes e manutenção.

Os sistemas de laser avançados estão a evoluir rapidamente, sendo amplamente reconhecida a necessidade de um desenvolvimento contínuo para manter a competitividade. Para o efeito, a administração do ELI ERIC proporá projetos de melhoramento específicos e serão realizadas uma análise quinquenal e uma análise decenal para compreender as potenciais evoluções em causa e os respetivos custos. Serão organizadas campanhas de melhoramento específicas para abordar as necessidades de investimento de capital e as respetivas fontes.

7. DESENVOLVIMENTO E OBJETIVOS

O ERIC «Infraestrutura de Luz Extrema» representa um progresso importante, não só para a comunidade de investigadores no domínio do laser na Europa, mas também para o Espaço Europeu da Investigação em geral. A tecnologia laser é um domínio simultaneamente bem estabelecido e em rápida evolução. À medida que se vai desenvolvendo, este domínio vai adquirindo maior relevância para as aplicações científicas, sendo já extremamente importante em termos de competitividade europeia.

O ERIC «Infraestrutura de Luz Extrema» trará amplos benefícios para a sociedade em domínios como a melhoria das terapias clínicas contra o cancro, a imagiologia biomédica e o tratamento de materiais e resíduos nucleares. Além disso, o ELI ERIC apoiará a indústria europeia da fotónica e oferecerá oportunidades de ensino e formação a novos cientistas e engenheiros no âmbito da fotónica e em domínios de investigação possibilitados pelo laser.

O ERIC «Infraestrutura de Luz Extrema» é essencial para que as iniciativas a nível europeu mantenham a sua competitividade no domínio altamente estratégico dos sistemas de laser de alta potência e de impulsos curtos, bem como nos domínios científicos e de inovação que a compõem. A curva de desenvolvimento acentuada das tecnologias laser indica que se trata de um domínio bem posicionado para revolucionar radicalmente, num futuro a médio e a longo prazo, as plataformas científicas e industriais de larga escala existentes. No entanto, antes que isso aconteça, o ELI ERIC tem de demonstrar a sua capacidade para funcionar de forma sustentável.

7.1. Evolução da ciência e tecnologia do laser

A Europa seguiu o exemplo da Ásia e da América do Norte em termos de instalações e centros de investigação de laser de alta potência. É evidente que se verifica uma concentração significativa na Europa, sobretudo devido à auto-organização dos vários institutos e países envolvidos através de programas da União Europeia, que têm apoiado este domínio há várias décadas, incutindo-lhe uma vertente estratégica.

O êxito e o entusiasmo científicos no domínio dos sistemas de laser de alta potência levaram a um aumento do número de instalações europeias na última década. Embora seja determinada por um conjunto de fatores, esta evolução acompanha claramente o aumento do número de laboratórios nacionais de laser no âmbito da rede europeia LaserLab Europe, financiada pela Comissão Europeia (www.laserlab-europe.net). Segundo o sítio Web da rede, o consórcio reúne atualmente 33 organizações líderes em investigação interdisciplinar no domínio do laser de 16 países. Dessas instalações, 22 oferecem acesso aos seus laboratórios para investigação, na Europa e não só.

Figura 4

Mapa do mundo de 2016, do Comité Internacional para os Lasers de Intensidade Ultraelevada (ICUIL), que mostra o alcance mundial da implantação das instalações de lasers de classe PW

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

O êxito precoce da rede LaserLab Europe fornece a base para o ELI ERIC continuar a desenvolver a comunidade europeia do laser. De igual importância é o facto de o ELI ERIC permitir criar novas capacidades e chamar a atenção de outras disciplinas científicas. Com base no êxito dos laboratórios nacionais no domínio do laser, o ELI ERIC desenvolveu a sua experiência, os seus conhecimentos e provas de conceito. A comunidade de utilizadores cresceu e realizaram-se investimentos significativos, apoiando também o desenvolvimento de empresas europeias para construir as instalações do ELI ERIC e outras instalações de classe PW. A cooperação permanente no seio da comunidade é fundamental para a manutenção da competitividade e da liderança europeias neste domínio.

Com a descoberta da amplificação de impulsos com trinado (CPA) e, posteriormente, da CPA paramétrica ótica (OPCPA) nos sistemas ELI, dá-se um salto na potência de pico dos impulsos de laser de 6-8 ordens de grandeza, ou seja, 4 ordens de grandeza acima do nível em que a energia ponderomotriz do eletrão iguala a energia da massa em repouso (ou seja, 1 018 W/cm2 do eletrão). Esta descoberta prenuncia a interação laser-plasma relativista e o regime subatómico, incluindo a física nuclear e de partículas. Futuros progressos no ELI ERIC poderão realisticamente concorrer com os aceleradores mais potentes do mundo a uma fração do custo e com técnicas mais tradicionais, que exigem elevados gradientes de aceleração para aplicações específicas, como, por exemplo, a radioterapia para o tratamento de tumores em meio hospitalar, onde o espaço e os custos são fundamentais.

Em termos de desenvolvimento tecnológico, o ELI ERIC centrar-se-á fortemente em domínios de colaboração essenciais identificados pela ELI e pelos principais parceiros do LaserLab. Os principais obstáculos ao funcionamento fiável e eficiente em termos de custos dos sistemas e instalações de classe PW serão abordados com a indústria, a fim de serem superados. Tal não só afetará de forma positiva a indústria europeia neste domínio, o Espaço Europeu da Investigação e a atual rede de parceiros do LaserLab, mas também levará diretamente ao funcionamento sustentável das instalações ELI, garantindo uma fiabilidade de craveira mundial.

Figura 5

Número de sistemas de laser de classe petawatt disponibilizados anualmente, agrupados em função do continente em que estão instalados*. (*2)

A física é clara e o desafio reside no desenvolvimento da tecnologia. A ELI desenvolverá diversas tecnologias facilitadoras, em colaboração com a indústria e com outros centros de investigação de referência, sobretudo componentes óticos da próxima geração.

7.2. Objetivos organizacionais do ELI ERIC

7.2.1. Estabelecer o funcionamento

Os recursos e a atenção combinados do ELI ERIC terão um impacto profundo e de longo prazo neste domínio científico, bem como nos avanços tecnológicos. No entanto, o primeiro objetivo é pragmático e localizado: simultaneamente erguer e fundir a gestão das duas instalações e integrar os recursos de forma eficiente.

Em conformidade com o Regulamento (CE) n.o 723/2009, o ELI ERIC é uma infraestrutura de investigação unilocal com vários centros de atividades nos Estados membros de acolhimento, além da sede. Embora existam outras organizações científicas localizadas em vários sítios, existem muito poucos projetos europeus construídos de raiz em diferentes países com recurso a fundos estruturais para efeitos de congregação numa única infraestrutura de investigação. Tão-pouco existem grandes instalações no domínio do laser colocadas à disposição dos utilizadores. O ELI ERIC terá primeiro de assegurar o funcionamento dessas instalações antes de abordar outros interesses mais amplos, o que constitui um desafio técnico e administrativo.

7.2.2. Estabelecer a colaboração

O segundo objetivo consiste em identificar oportunidades para criar sinergias técnicas entre os principais centros europeus de lasers de impulsos curtos e de alta potência. Historicamente, os lasers de classe PW de alta potência têm sido difíceis de explorar num ambiente de utilizador, devido a problemas de fiabilidade e aos elevados custos da substituição de componentes. Combinadas, só as instalações ELI terão mais de 30 PW de potência.

Com parceiros em instalações nacionais na França, na Alemanha, na Espanha, no Reino Unido e na Itália (todos membros da rede LaserLab Europe), o ELI ERIC reunirá a maior concentração de instalações de laser de impulsos curtos e alta potência mais avançadas da história. Não é possível fazer uma comparação real, uma vez que a ambição consiste em criar uma colaboração sem precedentes para identificar componentes e processos que inibam o funcionamento dos lasers de classe PW e identificar soluções e abordagens padrão de funcionamento.

Prevê-se que, ao trabalharem em conjunto, e em colaboração com a indústria, as instalações possam reduzir os custos operacionais até 30 % em alguns casos e aumentar a disponibilidade para os utilizadores até 90 % do tempo de utilização de feixes. Tal permite realizar economias de escala e de âmbito únicas, possibilitando avanços tecnológicos significativos num curto espaço de tempo. Estes avanços terão repercussões a nível mundial em toda a indústria do laser.

7.2.3. Criar uma reputação

A terceira ambição consiste em demonstrar cientificamente o desempenho e o potencial dos sistemas ELI ERIC no início da fase de funcionamento do programa científico. As instalações ELI, apoiando-se na experiência de outras instalações parceiras, procurarão ter 80 % das horas de utilização estimadas das instalações disponíveis até 2021, com 90 % dos seus sistemas de laser primários em funcionamento, a maioria dos quais com uma taxa de repetição média a elevada.

A título de comparação, o estado da técnica atual dos lasers de classe PW permite realizar vários disparos por hora, enquanto o ELI ERIC e algumas instalações parceiras pretendem operar a taxas de Hz e multi-Hz. Tal é ainda mais notável se tivermos em consideração que, em alguns casos, o ELI ERIC está a explorar lasers que são líderes mundiais em termos de desempenho. Os convites iniciais permitirão realizar experiências a estas taxas de repetição reforçadas, com progressos conjuntos e a definição de metas para os utilizadores.

Estas experiências não levarão apenas a descobertas revolucionárias, mas também permitirão alcançar um desempenho recorde a nível mundial para fontes secundárias, como a aceleração a laser wakefield na ordem dos GeV. Estas experiências revolucionárias controladas, no início do tempo de vida das instalações, combinadas com extensas ações de sensibilização e divulgação, suscitarão um elevado interesse no ELI ERIC e na ciência do laser em geral. Tal terá repercussões em toda a ciência do laser na Europa e no mundo, dando lugar a muitas aplicações práticas, como terapias avançadas contra o cancro e a transformação de resíduos nucleares perigosos. A ambição consiste em demonstrar este potencial e criar uma base crescente e sustentável de apoio ao ELI ERIC e a toda a ciência do laser na Europa.

7.2.4. Criar inovação

O impacto do ELI ERIC na inovação e na tecnologia da indústria do laser não terminará no final da fase de construção. O desafio que se coloca atualmente na fase operacional é assegurar um desenvolvimento tecnológico sustentável. A ELI criará relações de longo prazo com os parceiros industriais para resolver problemas relacionados com a aquisição de componentes essenciais e o desenvolvimento tecnológico contínuo, com ênfase na sustentabilidade das operações.

Em termos de relações com a indústria, um dos desafios será o da abertura do diálogo com os fornecedores para identificar as limitações às melhorias do produto ou processos de redução dos riscos (grande disponibilidade de peças sobresselentes, múltiplos fornecedores, etc.), sobretudo na perspetiva de um funcionamento sustentável das instalações ELI a longo prazo.

O desenvolvimento tecnológico impulsionado pelos requisitos do ELI ERIC continuará durante a fase operacional. Seguem-se alguns exemplos:

— Componentes óticos essenciais para lasers de alta potência/elevada taxa de repetição. Os elementos óticos de transporte e de focagem, bem como as redes de difração e os materiais ativos, têm de continuar a ser desenvolvidos para aguentarem longos períodos de impulsos altamente energéticos e com elevada potência de pico, em grandes diâmetros de feixe, por um elevado número de disparos.

— Metrologia de impulsos curtos e grandes feixes. São necessárias soluções inovadoras para avaliar o desempenho dos sistemas de impulsos curtos e grandes feixes, a fim de contribuir para a compreensão dos resultados científicos únicos passíveis de serem alcançados com as instalações ELI.

— Controlo completo de sistemas complexos. Os sistemas experimentais têm de garantir os desempenhos e o bom funcionamento. São necessários sistemas de controlo inteligentes e totalmente interligados.

As instalações ELI centrar-se-ão nas colaborações com parceiros industriais capazes de revolucionar a setor das tecnologias atuais com soluções inovadoras. O conteúdo inovador não se concentrará apenas no aspeto técnico a curto prazo, mas abordará as questões da sustentabilidade da solução a longo prazo, a fim de garantir ao ELI ERIC os melhores desempenhos, o tempo de funcionamento mais longo e o controlo mais eficiente dos custos de manutenção. Os resultados científicos únicos do ELI ERIC basear-se-ão, a longo prazo, nas soluções tecnológicas mais sustentáveis dos lasers com elevada potência de pico.

7.2.5. Impacto nos países de acolhimento

Uma das principais razões para investir e instalar o ELI ERIC em países da Europa Central é o impacto em regiões com centros de investigação e tecnologia de elevado valor. Existem múltiplos estudos de outras instituições de investigação que indicam que parte significativa do impacto no investimento e na inovação ocorre num raio de 100 km das instalações, o que demonstra que a proximidade tem importância. Alguns dos impactos esperados incluem:

— Impacto direto do investimento ¾ os membros de acolhimento deverão receber 50-80 % dos custos operacionais de outros membros, o que significa que esse investimento deverá ter um impacto direto na economia local. A ELI acompanhará e divulgará esses impactos. Espera-se que > 50 % sejam gastos na região local, afetando duas áreas diferentes da Europa Central.

— Maiores oportunidades para os investigadores nacionais/locais ¾ todas as instalações ELI estão situadas em cidades (Praga, Szeged) com universidades. Cada universidade, ciente dos futuros avanços do ELI ERIC, estabeleceu programas para que estudantes e académicos tirem partido da proximidade. No contexto deste projeto, existem atividades específicas destinadas aos investigadores locais, esperando-se que, no espaço de dez anos após a criação do ELI ERIC, cada país tenha investigadores líderes nesta área.

— Maiores oportunidades de inovação para a indústria local ¾ além dos impactos diretos do investimento acima descritos, a proximidade das instalações estimulará a inovação de, pelo menos, duas formas mensuráveis. Em primeiro lugar, a indústria com capacidade para tal verá aí uma oportunidade e abordará a instalação de forma pró-ativa, quer para vender produtos, quer para compreender como adaptar a sua oferta às instalações. Através de eventos de «informação da indústria», tanto as equipas encarregadas de procedimentos concursais como os agentes de ligação com a indústria ajudarão a promover a partilha de informações acerca das instalações. Além disso, em determinados casos, a existência de um fornecedor local poderá ser vantajosa para as instalações por razões estratégicas. Tal poderá ser motivado pelos baixos custos na região, mas mais provavelmente decorrerá da proximidade e do acesso cómodo a fornecedores para adaptar as soluções técnicas.

8. PRINCIPAIS RISCOS

8.1. Análise de risco

Quadro 15

Avaliação dos riscos de alto nível relativa à implementação das instalações do ELI ERIC

Potencial risco Probabilidade Baixa 1–5 Alta Impacto Baixo 1–5 Alto Prevenção/Mitigação Atração de pessoal e remuneração competitiva ¾ existe o risco de o ELI ERIC vir a ter dificuldades em atrair peritos «de craveira mundial» para as suas equipas. 4 5 Recrutamento ativo, contratos a prazo, oportunidades de investigação, iniciativas relacionadas com a «qualidade de vida». Risco técnico de não cumprir os principais parâmetros ¾ existe o risco de a ELI não alcançar alguns dos principais parâmetros de desempenho, o que pode impedir a realização de algumas experiências. 3 3 Planeamento e diálogo com a comunidade de utilizadores e o ISTAC para gerir as expectativas e determinar prioridades experimentais alternativas. Escalada dos salários durante os primeiros cinco anos ¾ os salários do ELI ERIC aumentarão significativamente, na ordem dos 5-10 % ao ano, devido à dinâmica do mercado de trabalho local. 5 3 Planeamento e diálogo com o pessoal para definir expectativas. Obsolescência dos equipamentos/componentes ¾ a tecnologia dos sistemas de laser irá desenvolver-se rapidamente no próximo ano e a ELI arrisca-se a não se manter competitiva se não houver uma despesa de capital contínua. 3 4 Planeamento sob a forma de um roteiro tecnológico; procura de financiamento complementar. Más experiências iniciais dos utilizadores ¾ danos numa fase inicial devido a a) mau funcionamento das instalações; b) falta de apoio do pessoal ou c) falhas na comunicação/gestão das expectativas. Estas situações podem levar a rumores negativos entre os investigadores e a uma aceitação muito lenta dos serviços. 3-4 4-5 Trabalhar inicialmente de perto com «utilizadores amigáveis», realizar inquéritos aos utilizadores, planear «coordenadores de utilizadores» para oferecer serviços de assistência. Falha na integração das instalações ELI ¾ atraso ou fracasso na fusão organizacional devido a problemas de gestão/governação. Tal levaria a um aumento dos custos e a danos para a integridade e reputação do ELI ERIC. 2 5 Acompanhamento próximo da gestão, ateliês sobre «gestão da mudança» apoiados a alto nível, recursos específicos e expectativas de prazos razoáveis.

(1) Regulamento (CE) n.o 723/2009 do Conselho, de 25 de junho de 2009, relativo ao quadro jurídico comunitário aplicável ao Consórcio para uma Infraestrutura Europeia de Investigação (ERIC) (JO L 206 de 8.8.2009, p. 1).

(*1) A tecnologia de amplificação de impulsos com trinado (CPA) e a tecnologia laser de estado sólido impulsionaram a atual intensidade de pico para além da gama de 1022 W/cm2. O ELI ERIC aumentá-la-á em mais de uma ordem de grandeza. É ainda apresentada a experiência SLAC E144 (ponto azul) que permitiu atingir alta intensidade reforçando a interação laser-matéria num quadro relativista. As linhas horizontais indicam a intensidade da energia ponderomotriz (vibratória) Up de um eletrão a partir de um laser de 800 nm (Ti:Sapphire) equivalente a uma unidade atómica; e para a Up ser igual à massa em repouso do eletrão; ou o objetivo final da intensidade de Schwinger Y=1, em que o vácuo se torna instável e a luz é convertida em matéria. Fonte: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Este gráfico inclui instalações em funcionamento e instalações em construção. Fonte: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.