PRÍLOHA I

TECHNICKÝ A VEDECKÝ OPIS

1. ÚČEL A ROZSAH PÔSOBNOSTI TOHTO DOKUMENTU

V tomto dokumente sa opisuje vedecký účel a technické systémy, ktoré bude konzorcium Extreme Light Infrastructure ERIC (ELI ERIC) poskytovať výskumníkom. Opisujú sa tu osobitné aspekty zariadení, ktoré hostiteľské krajiny sprístupnia pre konzorcium ELI ERIC. Tento dokument je základným dokumentom na určenie rozsahu pôsobnosti a vymedzenie „prevádzky“ pre konzorcium ELI ERIC.

V dokumente sa uvádzajú vedecké ciele a účel konzorcia ELI ERIC. V niektorých prípadoch, ak je to relevantné, sa uvádza odkaz na „bielu knihu“ ELI, základný technický dokument ELI pred výstavbou. Uznáva sa, že aspekty vízie ELI opísané v uvedenom dôležitom dokumente naďalej platia, ale na účely tohto dokumentu a zriadenia konzorcia ELI ERIC sa opisujú len technické zariadenia, ktoré ponúkajú zakladajúci hostiteľskí členovia konzorcia ERIC.

Zhrnutý je aktuálny vedecký rozsah pôsobnosti, ako aj technické aspekty zariadení ELI. Uvádzajú sa aj prvky rozpočtu a harmonogramu na začiatku prevádzky. Tieto informácie sú referenčné pre stanovy konzorcia ELI ERIC, osobitne článok 22 Záväzky a zdroje, a sú východiskom pre dohody medzi konzorciom ELI ERIC a vlastníkmi zariadení (hostiteľskými inštitúciami) na sprístupnenie zariadení ELI komunite používateľov. Tento dokument ako taký je neoddeliteľnou súčasťou stanov konzorcia ELI ERIC pri počiatočnom vytvorení konzorcia ELI ERIC a slúži ako východiskový referenčný dokument v súvislosti s rozsahom pôsobnosti a poslaním zariadení.

2. ÚVOD A SÚVISLOSTI

Konzorcium Extreme Light Infrastructure (ELI ERIC) je medzinárodné laserové zariadenie zamerané na vývoj nových medziodborových výskumných príležitostí s využitím extrémneho svetla zo súčasne dostupných zdrojov najvýkonnejšieho lasera a určené na účely výskumu. Tieto lasery a z nich odvodené sekundárne žiarenie umožnia výnimočné objavy v širokom spektre vedeckých disciplín, ako aj v spoločensky významných aplikáciách.

V súlade s nariadením Rady (ES) č. 723/2009 (1) je konzorcium ELIC ERIC výskumnou infraštruktúrou s jediným sídlom a, okrem prevádzky v mieste sídla, s viacerými miestami prevádzok v hostiteľských členských štátoch. Zariadenia ELI budú postavené na dvoch miestach nachádzajúcich sa v Českej republike a Maďarsku. Sprístupnia sa medzinárodnej vedeckej komunite používateľov.

V roku 2018 bola udelená Nobelova cena Gérardovi Mourouovi a Donne Stricklandovej za ich prácu na laserovej technológii generovania ultrakrátkych optických impulzov veľmi vysokej intenzity (Chirped Pulse Amplification, CPA). Táto Nobelova cena je pre ELI špeciálna v mnohých ohľadoch, keďže v správnom čase vyzdvihuje podpornú technológiu, ktorá umožňuje extrémne laserové svetlo. Zariadenia ELI budú presadzovať techniku CPA s cieľom umožniť sprístupnenie výnimočných úrovní špičkového výkonu (pozri obr. 1), čím sa poskytne celý rad aplikácií pre základné vedy, ako aj pre spoločenské prínosy.

Osobitným cieľom konzorcia ELI ERIC je vyriešiť dve „veľké výzvy“ pôvodne uvedené v bielej knihe ELI, ktoré sú stále relevantné, so zámerom vyvinúť:

— zariadenie na vytváranie vysokoenergetických lúčov a röntgenové lúče: zväzky ultrakrátkych energetických častíc (> 10 GeV) a žiarenia (až niekoľko MeV) vytváraných pomocou kompaktných laserových plazmových urýchľovačov,

— attosekundovú vedu: snímanie dynamiky elektrónov v atómoch, molekulách, plazmách a tuhých látkach v attosekundách.

Predovšetkým:

— ELI-Beamlines v Dolných Břežanoch (pri Prahe), v Českej republike sa zameria na vývoj sekundárnych zdrojov žiarenia a častíc s krátkymi impulzmi a na ich multidisciplinárne aplikácie v oblasti molekulárnych, biomedicínskych a materiálových vied, fyziky hustej plazmy, teplej hustej hmoty, laboratórnej astrofyziky. Okrem toho bude zariadenie využívať vysokovýkonné lasery s vysokou frekvenciou opakovania pre pokusy v oblasti fyziky silných polí so sústredenými intenzitami približne 1023 W/cm2, pri ktorých sa skúma fyzika exotickej plazmy a nelineárne účinky QED. — ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) v Segedíne, v Maďarsku, zriaďuje jedinečné zariadenie, ktoré poskytuje svetelné zdroje v rozsahu frekvencií THz (1012 Hz) a röntgenové lúče (1018 – 1019 Hz) vo forme ultrakrátkych impulzov s vysokou frekvenciou opakovania. ELI-ALPS sa bude venovať extrémne rýchlej dynamike, a to vytváraním snímok dynamiky elektrónov v atómoch, molekulách, plazmách a tuhých látkach v attosekundách (10—18 s) Realizovať bude aj výskum s lasermi ultravysokej intenzity.

Zariadenia ELI poskytnú súbor najvýkonnejších systémov s najkratšími impulzmi, ktoré sú v súčasnosti dostupné. Presnejšie povedané, ELI bude prvou infraštruktúrou určenou na základné štúdium interakcie laseru s hmotou v ultrarelativistickom režime (I > 1024 W/cm2). V zariadeniach sa už testuje nová generácia inovatívnych, veľmi kompaktných zväzkov lúčov, ktoré vytvárajú zväzky energetických častíc a žiarenia s trvaním vo femtosekundách (10—15 s) až attosekundách (10—18 s).

Vďaka tejto širokej škále výskumných činností sa očakáva, že zariadenia ELI prinesú významné spoločenské prínosy a budú hnacou silou inovácií zo strednodobého a dlhodobého hľadiska, vrátane vylepšenia onkologickej liečby (iónové žiarenie), lekárskeho a biomedicínskeho zobrazovania, novej generácie fotoniky a vývoja nových metód spracovania jadrového odpadu transmutáciou.

Zariadenia ELI spoločne predstavujú plochu s rozlohou takmer 54 000 m2 na dvoch miestach a predpokladá sa, že sa v nich zamestná až 600 vedcov, inžinierov, technikov a pomocných pracovníkov.

Obrázok 1

Najvyššie fokusované intenzity v priebehu času (*1)

Pôvodne sa v „bielej knihe“ ELI predstavenej v roku 2011 stanovila vízia zariadenia posúvajúceho limity „extrémneho svetla“ a laserovej technológie, ktorá je teraz relevantná ako nikdy predtým:

„Súčasné špičkové špecifikácie vysokovýkonných laserových systémov sa charakterizujú špičkovým výkonom medzi jedným a dvoma petawattmi (PW) pri veľmi nízkych frekvenciách (sub Hz) opakovania, čo bolo doteraz nezmenené viac ako jedno desaťročie (teraz dve desaťročia). Väčšina vysokovýkonných systémov však stále zostáva na úrovni 100 TW. ELI a jeho predchádzajúce národné projekty ako ILE a Vulcan-10 PW pomôžu posunúť špičkový výkon jednotlivých laserov (modulov) do režimu 10 PW alebo násobkov 10 PW pri oveľa vyšších frekvenciách opakovania, čo bude predstavovať evolúciu o viac ako jeden rád pri oboch uvedených parametroch.“

Táto vízia otvára cestu k ešte výkonnejším, kombinovaným, koherentným 100 PW laserovým systémom, ktoré sa majú realizovať v budúcich zariadeniach ELI na základe technológií, ktoré sa použijú prvýkrát v zariadeniach ELI. Takéto systémy sprístupňujú nový typ interakcie, čím sa prvýkrát umožňuje preniknúť za hranice atómovej fyziky a preskúmať vrstvy hmoty relevantné pre jadrovú fyziku, fyziku vysokoenergetických častíc, astrofyziku, oblasti, ktoré sa tradične študujú s pomocou urýchľovačov vysokoenergetických častíc. Očakáva sa, že ELI môže priniesť úplne nový prístup k skúmaniu základov fyziky. Ultrarelativistická intenzita laseru je podstatou ELI, čo vedie k/ku:

— najsilnejšiemu elektromagnetickému poľu,

— možnosti, aby svetlo posúvalo hmotu, elektróny a ióny relativistickou rýchlosťou,

— generovaniu koherentného alebo nekoherentného vysokoenergetického žiarenia X alebo γ,

— možnosti vytvárať oveľa kratšie impulzy, než je v súčasnosti možné, časom ešte kratšie ako v rozpätí attosekúnd.

Tieto štyri jedinečné vlastnosti samostatne alebo v kombinácii ponúkajú nový súbor výkonných štrukturálnych dynamických nástrojov.

3. ZARIADENIA ELI SÚVISIACE S KONZORCIOM ELI ERIC

Prístup k zariadeniam ELI bude konkurenčný, medzinárodný a otvorený pre používateľov z členských štátov a mimo nich na základe článku 2 ods. 2 písm. a) stanov konzorcia ELI ERIC, politiky konzorcia ELI ERIC týkajúcej sa prístupu pre používateľov vymedzenej v článku 6 stanov konzorcia ELI ERIC, ako aj zásad stanovených v charte Európskej únie pre prístup k výskumným infraštruktúram (2). Všetky „prístupy používateľov“ musia podliehať partnerskému preskúmaniu. Konzorcium ELI ERIC zabezpečí spoločný prístupový bod pre používateľov v reakcii na jednotné výzvy na predkladanie návrhov, ako aj všetky dostupné kapacity zariadení ELI ERIC integrovaným spôsobom.

Z vedeckého pohľadu je prístup „otvorený“, čo znamená, že zariadenia ELI sú otvorené potenciálnym výskumníkom z členských krajín aj z nečlenských krajín. Návrhy sú konkurenčné a keďže sú „otvorené“, znamená to, že ktokoľvek má prístup k údajom a prípadnému použitiu údajov v publikáciách a môže ich preskúmať.

Okrem „otvoreného“ prístupu existuje aj „chránený“ prístup, za ktorý používateľ platí, a výsledky vo forme údajov môžu byť teda majetkom používateľa a sú „zatvorené“.

A napokon budú existovať aj možnosti prístupu týkajúceho sa cieľov založených na „poslaní“. Môže to byť tematicky smerovaný výskum v konkrétnych disciplínach a zahŕňať môže aj vývoj technológií, pokiaľ ide o spoluprácu na inováciách a obstarávaní. Odborná príprava a vzdelávanie na danú pozíciu je prioritou pre členov a európsky výskumný priestor, ale môže sa rozšíriť aj mimo členov.

Hostiteľskí členovia sa zaväzujú sprístupniť zariadenia ELI konzorciu ELI ERIC ako súčasť svojho príspevku. Tento príspevok bez nákladov od hostiteľov je vo verejnom záujme a náklady na investície do výstavby sa neodpisujú ani nezohľadňujú v prevádzkových nákladoch. Koncepcia dostupnosti si nevyžaduje, nenaznačuje, ani nevylučuje čiastočný ani úplný prevod vlastníctva zariadenia. Význam pojmu dostupnosť v tejto konkrétnej súvislosti je vymedzený a schválený medzi konzorciom ELI ERIC a jeho hostiteľskými členmi ako úplný prístup k príslušným zariadeniam, ich riadenie a zodpovednosť za ne. Právne sa reguluje osobitnými dohodami o prevádzke zariadenia medzi konzorciom ELI ERIC, hostiteľským členom a podľa potreby vlastníkmi zariadení ELI.

Tieto dohody sa vzťahujú na ich prevádzku, podporu a správu a budú odkazovať priamo na stanovy konzorcia ELI ERIC s cieľom stanoviť ich právny základ. V dohodách sa zohľadňujú už existujúce záväzky, zodpovednosti a povinnosti vrátane tých, ktoré sú definované vo vykonávacích projektoch financovaných z európskych štrukturálnych a investičných fondov (ďalej len „EŠIF“). O dohodách sa ďalej diskutuje v modeli správy prevádzok konzorcia ELI ERIC a obsahujú dva typy čiastkových cieľov, pokiaľ ide o dostupnosť:

— technické čiastkové ciele – opisujú sa ďalej, ide o osobitné súbory nástrojov a experimentálne stanice, pracujúce a pripravené pre používateľov, ktoré odporúča revízny výbor vrátane nezávislých odborníkov a ktoré schvaľuje valné zhromaždenie konzorcia ELI ERIC,

— organizačné čiastkové ciele – organizačné čiastkové ciele sa vymedzujú nezávisle pre každé zariadenie ELI.

Tento postoj musí byť konzistentný so stanoveným cieľom v stanovách konzorcia ELI ERIC, aby mohol fungovať ako jeden právny subjekt a vyvíjať sa smerom podobným smeru iných popredných výskumných infraštruktúr, t. j. k jednej integrovanej organizácii a správe, ako sa vymedzuje v článku 3 ods. 1 stanov konzorcia ELI ERIC.

V ďalších oddieloch sa uvádzajú podrobné opisy jednotlivých zariadení ELI a definuje sa základný vedecký a technický charakter každého z nich. Toto tvorí dôležitý základ už opísaného postoja k sprístupňovaniu zariadení ELI. Ďalej sa opisuje načasovanie dostupnosti každého zariadenia pre „prístup používateľov“ a jeho príslušné odhadované náklady na budúcu prevádzku počas prvých troch rokov až po prvé dva roky „ustálenej prevádzky“ vrátane. V oddieloch je stručne opísaný aktuálny právny stav každého zariadenia ELI a to, ako môžu ovplyvniť prístup v budúcnosti vo vzťahu ku konzorciu ELI ERIC.

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

Zariadenie ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) v Segedíne (Maďarsko) v rámci konzorcia ELI ERIC sprístupní medzinárodnej komunite celý rad zdrojov žiarenia a častíc, ktoré z hľadiska špecifikácií stabilne a z hľadiska operácií robustne emitujú energetické impulzy ultrakrátkeho trvania a koherentné žiarenie v časovom rozpätí attosekúnd (10‒18 s). Je to zariadenie na jednom mieste na zelenej lúke s rozlohou viac než 24 000 m2, v ktorom sa podľa odhadov zamestná približne 200 pracovníkov.

Zariadenie ELI-ALPS v súčasnosti vlastní a stavia ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), nezávislá štátom vlastnená nezisková spoločnosť, ktorej 90 % vlastní Maďarský štát a 10 % miestne zainteresované strany. ELI-HU má úplnú nezávislosť a právnu subjektivitu v Maďarsku.

4.1. Technická štruktúra a zdroje

Primárnym poslaním výskumného zariadenia ELI-ALPS v Segedíne je sprístupniť celý rad zdrojov ultrakrátkeho svetla skupinám medzinárodnej vedeckej komunity používateľov. Hlavnou výskumnou iniciatívou tejto infraštruktúry sú laserové sekundárne zdroje emitujúce koherentné extrémne ultrafialové (XUV) a röntgenové žiarenie, ktoré sa obmedzujú na attosekundové impulzy. Sekundárnym účelom zariadenia je prispievať k nevyhnutnému vedeckému a technologickému vývoju požadovanému pre lasery s maximálnou intenzitou a vysokým priemerným výkonom.

Tabuľka 1

Predpokladané výkonové parametre zariadenia ELI-ALPS pre laserové zdroje a výkon laseru

PRIMÁRNE LASEROVÉ ZDROJE Špičkový výkon Priemerný výkon Energia impulzu Trvanie impulzu Frekvencia opakovania ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cyklu < 1,9 cyklu 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 cyklu (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cykly (< 42 fs) 100 kHz MIR HE predpokladaná modernizácia ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ pri 3 μm ~ 20 mJ pri 1,5 μm ~ 3 cykly (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cyklu (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 predpokladaná modernizácia ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cyklu (~ 8 fs) 1 kHz SYLOS Experiment Alignment 3 TW 0,4 W > 40 mJ < 12 fs 10 Hz HF PW > 2 PW 340 W 34 J 17 fs 10 Hz THz pumpa > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

Infraštruktúra ELI-ALPS poskytuje používateľom v oblastiach vedeckého výskumu a priemyselných aplikácií primárne laserové impulzy spolu s impozantným zoskupením synchronizovaných impulzov sekundárneho svetla a častíc. K vynikajúcim charakteristikám parametrov zdroja patria:

— impulzy s niekoľkými cyklami od terahertzových/infračervených po petahertzové/ultrafialové s pôsobivou frekvenciou opakovania 10 Hz až 100 kHz,

— attosekundové, extrémne ultrafialové, mäkké a tvrdé impulzy röntgenového žiarenia s frekvenciou opakovania 10 Hz až 100 kHz a energiou impulzu v rozsahu od niekoľko μJ po mJ,

— relativistické a ultrarelativistické častice a priestorovo koherentné zdroje röntgenového žiarenia s dĺžkou trvania vo femtosekundách,

— riadené tvary ultrarelativistických impulzov s ultravysokým kontrastom pri frekvencii opakovania niekoľko Hz až kHz.

Súčasným poslaním ELI-ALPS je aj prispievať spolu s druhým zariadením ELI k technologickému vývoju zameranému na lasery s vysokým špičkovým výkonom a lasery s vysokým priemerným výkonom predovšetkým pre attovedu a príslušné aplikácie. Súbežná existencia attosekundových impulzov a najmodernejšie lasery vrátane laserov triedy PW v tom istom zariadení ponúka jedinečné časovo rozlíšené možnosti skúmania nerelativistickej aj relativistickej interakcie svetla so všetkými štyrmi fázami hmoty.

Zariadenie ELI-ALPS má osobitné zameranie na stimuláciu priemyselných aplikácií prostredníctvom vedľajších účinkov, pričom sa zohľadňuje aj možný silný vplyv na jeho okolité územie, na ktorom sa bude nachádzať veľký priemyselný park.

Tabuľka 2

Čiastkové ciele laserových zdrojov ELI-ALPS

DOSTUPNOSŤ LASEROVÝCH ZDROJOV ELI-ALPS ZAČIATOK UVEDENIA DO PREVÁDZKY PRÍSTUP PRE POUŽÍVATEĽOV HR1 10.2017 k dispozícii (0,8 mJ, < 1,9 cyklu) 11.2021 (úplná špec.) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 k dispozícii MIR HE – PREDPOKLADANÁ MODERNIZÁCIA 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 k dispozícii SYLOS3 – PREDPOKLADANÁ MODERNIZÁCIA 10.2022 1.2023 SYLOS EXP ALIGNMENT 12.2018 k dispozícii HF PW 5.2018 10.2021 THZ PUMPA 1.2021 3.2021

4.2. Experimentálne stanice

Obrázok 2

Usporiadanie experimentálnych staníc ELI-ALPS

ELI-ALPS ponúka množstvo najmodernejších ultrakrátkych laserových impulzov vysokej intenzity v kombinácii so špičkovými sekundárnymi zdrojmi a modernými používateľskými koncovými stanicami, ktoré vytvoria vynikajúce prostredie pre základný a aplikovaný vedecký výskum. Existuje niekoľko oblastí, v ktorých budú ELI-ALPS svetovým lídrom od úplného začiatku:

— veda zameraná na valenčné a vnútorné elektróny – dynamiku valenčných a vnútorných elektrónov v malých systémoch možno individuálne monitorovať a kontrolovať pomocou interakcií attosekundových impulzov,

— vizualizácia ultrarýchlej štrukturálnej dynamiky a účinkov korelácie – kombinácie zdrojov s ultrakrátkymi impulzmi a krátkymi vlnovými dĺžkami umožňujú vizualizáciu dynamiky náboja v komplexných a (silno) korelovaných systémoch,

— ultrarýchla dynamika povrchu a kondenzovanej hmoty – najnovšie attosekundové zdroje s vysokou frekvenciou opakovania v spojitosti so sofistikovanou koncovou stanicou používateľov NanoEsca poskytujú jedinečné príležitosti v oblasti vedy zameranej na povrch a kondenzovanú hmotu,

— plazmová attoveda – relativistické impulzy s niekoľkými cyklami alebo PW impulzy s vynikajúcim priestorovým a dočasným kontrastom by sa využili na štúdium, optimalizáciu a uplatnenie procesov subcyklovej emisie s cieľom skúmať relativistickú dynamiku povrchu, formovanie relativistického impulzu, rádiobiológiu atď.,

— výskum THz žiarenia – vysokointenzívne, ultrakrátke THz zdroje s výnimočnou špičkovou silou elektrického poľa (do 5 MV/cm) a energiou impulzu 1 mJ budú k dispozícii v rozsahu frekvencií 0,1 – 2 THz.

Jedinečná kombinácia zdrojov žiarenia s vysokou frekvenciou opakovania v ELI pokrývajúcich elektromagnetické spektrum od röntgenového žiarenia po ďaleké infračervené a THz robí toto zariadenie veľmi atraktívnym pre výskum v komplexných aplikovaných systémoch. Oblasti aplikovaného výskumu zahŕňajú nové attosekundové zdroje, nové zdroje častíc, nanotechnológiu, kultúrne dedičstvo, biologické zobrazovanie a biomedicínske aplikácie, ako sú moderná fázová kontrastná tomografia a viacrozmerná spektroskopia.

Tabuľka 3

Čiastkové ciele sekundárnych zdrojov ELI-ALPS

SEKUNDÁRNE ZDROJE ELI-ALPS ZAČIATOK UVEDENIA DO PREVÁDZKY PRÍSTUP PRE POUŽÍVATEĽOV GHHG HR1 A 2 GAS (LTA4) 8.2018 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG HR1 A 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 – PREDPOKLADANÁ MODERNIZÁCIA 1.2023 4.2023 THZ SPEKTROSKOPIA (THZ) 10.2019 2.2020 THZ VYSOKOENERGETICKÉ (THZ) 7.2021 12.2021 ELECTRON-SYLOS (MTA) 12.2021 4.2022 ELECTRON PW – PREDPOKLADANÁ MODERNIZÁCIA (HTA) 1.2023 4.2023 IÓNOVÝ ZVÄZOK LÚČOV – POTENCIÁLNA MODERNIZÁCIA 9.2023 12.2024





Tabuľka 4

Čiastkové ciele experimentálnych staníc ELI-ALPS

EXPERIMENTÁLNE STANICE ELI-ALPS ZAČIATOK UVEDENIA DO PREVÁDZKY PRÍSTUP PRE POUŽÍVATEĽOV REAKČNÝ MIKROSKOP 6.2021 9.2021 KONCOVÁ STANICA VMI SPEKTROMETRA 8.2020 10.2020 STANICA KONDENZOVANEJ HMOTY (NANOESCA) 12.2019 6.2020 (samostatne) 7.2021 (s attosekundami) MAGNETICKÝ VALCOVÝ ELEKTRÓNOVÝ SPEKTROMETER 4.2021 12.2021 NANOVEDA A NANOVÝROBA 6.2018 12.2019 BETATRÓNOVÉ ZOBRAZOVANIE – PREDPOKLADANÁ MODERNIZÁCIA 4.2023 12.2023 KONTROLNÁ STANICA CHEMICKÝCH REAKCIÍ 6.2020 8.2020 KONCOVÁ STANICA PRÚDU KVAPALINY 4.2022 8.2022 VIACROZMERNÁ SPEKTROSKOPIA (FEMTOBIOLÓGIA) – PREDPOKLADANÁ MODERNIZÁCIA 8.2021 12.2021 STANICA FYZIKY SILNÝCH POLÍ (OBLASŤ TERČA PW) 12.2022 2.2023 RÁDIOBIOLÓGIA/BIOMEDICÍNA 8.2018 2.2020

V tejto tabuľke sú uvedené stanice, ktorých sprístupnenie pre konzorcium ELI ERIC ako súčasť „prístupu používateľov“ sa očakáva v nadchádzajúcich rokoch. Sú kritickými technickými čiastkovými cieľmi pre ELI-ALPS a Maďarsko ako hostiteľský štát v súvislosti s konzorciom ELI ERIC. Očakáva sa, že stanice budú sprístupnené v rôznych časoch. Keď sa z hľadiska prístupu používateľov otvorí posledná experimentálna stanica, zariadenie sa bude považovať za zariadenie, ktoré vstúpilo do režimu „ustálenej prevádzky“. Okrem toho sa v tabuľke uvádzajú predpokladané modernizácie zariadenia, ktoré podliehajú budúcemu preskúmaniu a zváženiu konzorciom ELI ERIC.

Keďže sa primárne zdroje lasera a urýchľovača začínajú uvádzať do prevádzky, prvé skupiny používateľov budú pomáhať pri charakterizovaní zdrojov a dokončovaní výstavby experimentálnych staníc. Tieto činnosti sa riadia a iniciujú priamo prostredníctvom ELI-ALPS. Prvé lasery (MIR, HR1) sa začali prevádzkovať koncom roka 2017 a odvtedy už bol poskytnutý prístup na asistenciu pri uvádzaní do prevádzky prvým medzinárodným skupinám používateľom (FORTH – Grécko, ETH Zürich, CEA – Francúzsko, Hebrew University, Freiburg University, Aarhus University, Université de Limoges, MPQ Garching, Friedrich Schiller University Jena, Gwangju Institute of Science & Technology – Južná Kórea, Wignerovo výskumné centrum pre fyziku – Maďarsko).

Keďže každá experimentálna stanica prechádza fázou uvedenia do prevádzky a stáva sa prístupnou online, podporovaná fungujúcim primárnym zdrojom a/alebo sekundárnym zdrojom, môže sa začať program prístupu používateľov a konzorcium ELI ERIC môže začať prijímať návrhy pre tieto stanice.

Potvrdenie a schválenie každej experimentálnej stanice sa budú monitorovať a pripravenosť pre používateľov sa potvrdí formálnou „revíziou schválenia prevádzky“, ktorú vykonajú nezávislí odborníci, odborníci z ELI-ALPS a odborníci z iných zariadení ELI a ktorá bude formálnym odporúčaním pre výbor ISTAC a valné zhromaždenie konzorcia ELI ERIC.

4.3. Prístup používateľov a prevádzkové režimy

Režim prístupu bude dobre známy pre používateľov z iných popredných laserových a výskumných zariadení. Predpokladá sa, že experimenty sa budú vykonávať niekoľko dní a v niektorých prípadoch niekoľko týždňov. Celkový cieľ zariadenia je byť k dispozícii [220 dní/rok × 8 hod./deň] spolu 1 760 hod./rok.

4.4. Aspekty týkajúce sa prevádzky a vzájomného vzťahu medzi konzorciom ELI ERIC a zariadením ELI-ALPS

Kým konzorcium ELI ERIC je poverené spravovať prístup do zariadenia ELI-ALPS po jeho sprístupnení, fyzickú prevádzku zariadenia vlastní a na začiatku bude priamo riadiť ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU). Je to „výskumná organizácia“ na účely pravidiel štátnej pomoci pre výskum a vývoj.

Okrem uvedených dôležitých technických a vedeckých čiastkových cieľov existujú aj organizačné čiastkové ciele spojené s celkovou integráciou ELI-ALPS do konzorcia ELI ERIC. Tieto organizačné čiastkové ciele sú uvedené v tabuľke ďalej.

Tabuľka 5

Predpokladané čiastkové ciele organizačného prechodu ELI-ALPS

MODEL INTEGROVANEJ ORGANIZÁCIE ELI-ALPS 2020 2021 2022 RIADENIE X X X POLITIKA VEDY X X X PRÍSTUP POUŽÍVATEĽOV — X X ROZPOČET — X X POLITIKA ZAMESTNANOSTI — — X SPRÁVA TECHNOLÓGIÍ — — X SPRÁVA ZARIADENÍ — — X PRÁVNA ZODPOVEDNOSŤ — X X ADMINISTRATÍVA — X X

V prípade ELI-ALPS prejdú činnosti na konzorcium ELI ERIC počas obdobia najmenej dvoch rokov, pričom niektoré činnosti prejdú na konci tohto obdobia. Spolu s technickými čiastkovými cieľmi uvedenými pre experimentálne stanice sa môže určiť celkový plán prechodu.

V tabuľke ďalej sú uvedené odhadované náklady súvisiace s prístupom používateľov do ELI-ALPS na prevádzku zariadenia pre konzorcium ELI ERIC z obdobia 2020 – 2021, tzv. prechodného obdobia. Je to obdobie, v ktorom sa predpokladá, že zodpovednosti, zdroje a aktíva prejdú zmenou, pokiaľ ide o zodpovednosť za správu, z ELI-HU na konzorcium ELI ERIC.

Tabuľka 6

Odhadované náklady na prístup k ELI-ALPS

(v EUR) ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Osobné priame náklady 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Priame náklady na hardvér 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Osobné náklady + náklady na hardvér 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Osobné náklady + náklady na hardvér v %/spolu 27 % 37 % 42 % 42 % Nepriame náklady 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 Náklady spolu ELI-ALPS 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

Zariadenie ELI-Beamlines (ELI-BL) v Dolných Břežanoch pri Prahe (Česká republika) už vo svojom názve vyzdvihuje svoju schopnosť podporovať viacero rôznych experimentov pre celý rad používateľov, pričom ponúka dostupnosť rozmanitých laserových liniek. Má ponúkať vysokoenergetické kapacity s rýchlou frekvenciou opakovania. Je to zariadenie na jednom mieste na zelenej lúke s rozlohou viac než 30 000 m2, v ktorom sa podľa odhadov zamestná približne 200 – 300 pracovníkov používateľskej podpory.

Zariadenie vlastní a riadi Fyzikálny ústav Akadémie vied Českej republiky, ktorý má v Českej republike úplnú nezávislosť a právnu zodpovednosť ako verejná výskumná inštitúcia.

5.1. Technická štruktúra a zdroje

Tabuľka 7

Predpokladané výkonové parametre laserových zdrojov ELI-BL

PRIMÁRNE LASEROVÉ ZDROJE Špičkový výkon Energia impulzu Trvanie impulzu Frekvencia opakovania ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, dvojfarebný 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 výboj za minútu L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 výboj za minútu L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs – 150 ps 1 výboj za minútu Astrella 6 a 10 mJ 20 fs 1 kHz Bio-laser 6 mJ CEP stabilizácia 20 fs 1 kHz





Tabuľka 8

Termíny čiastkových cieľov prístupu k ELI-BL Beamlines

LASEROVÉ ZDROJE ELI-BL ZAČIATOK UVEDENIA DO PREVÁDZKY PRÍSTUP PRE POUŽÍVATEĽOV 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 BIO-LASER 4.2018 6.2018

Silný dôraz sa kladie na možné aplikácie v rôznych oblastiach spoločenského významu, akými sú medicína alebo biológia. ELI-BL spolu s pripojeným centrom HiLASE (takisto ho vlastní a riadi Fyzikálny ústav Akadémie vied Českej republiky), ktorý sa venuje vývoju a prenosu laserových technológií a už je lákadlom pre spoločnosti a spin-off podniky v rôznych odboroch postavených v tzv. regióne STAR (región špičkovej vedy a inovácií) obklopujúcom zariadenie ELI-BL, vytvára priaznivé prostredie pre intenzívnu spoluprácu medzi výskumom a priemyslom.

5.2. Experimentálne stanice

Obrázok 3

Usporiadanie experimentálnych staníc ELI-BL

Ultrakrátke a ultraintenzívne impulzy svetla a častíc vznikajúce interakciou s pevnými a plynnými cieľovými materiálmi budú umožňovať široké spektrum projektov v základnom aj aplikovanom výskume v oblasti chémie, biológie, medicínskych technológií, vývoja nových materiálov a v iných oblastiach. Výskumné činnosti v rámci zariadenia ELI-BL sú rozdelené do šiestich experimentálnych hál.

Tabuľka 9

Sekundárne zdroje/zväzky lúčov ELI-BL a čiastkové ciele

SEKUNDÁRNE ZDROJE ELI-BL ZDROJ ZAČIATOK UVEDENIA DO PREVÁDZKY PRÍSTUP PRE POUŽÍVATEĽOV E1: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA HHG 2.2018 1.2019 E1: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA PXS 3.2018 4.2019 E2: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA BETATRÓN 6.2019 11.2019 E2: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA – FINANCOVANÁ MODERNIZÁCIA COMPTON 1.2020 12.2020 E5: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA LASEROVÉHO UNDULÁTORA LUIS 3.2019 6.2020 E4: URÝCHĽOVANIE IÓNOV ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: URÝCHĽOVANIE ELEKTRÓNOV HELL 1.2019 3.2020





Tabuľka 10

Experimentálne stanice ELI-BL a čiastkové ciele

EXPERIMENTÁLNE STANICE ELI-BL STANICA ZAČIATOK UVEDENIA DO PREVÁDZKY PRÍSTUP PRE POUŽÍVATEĽOV E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNE APLIKÁCIE MAC 4.2018 1.2019 E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNE APLIKÁCIE TREX 6.2018 .2019 E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNE APLIKÁCIE SRS 6.2018 3.2019 E1: MATERIÁLOVÉ A BIOMOLEKULÁRNE APLIKÁCIE ELIPS 9.2018 3.2019 E2: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA – FINANCOVANÁ MODERNIZÁCIA COMPTONOVA STANICA 7.2021 7.2022 E5: ZDROJE RÖNTGENOVÉHO ŽIARENIA LASEROVÉHO UNDULÁTORA STANICA LUIS 3.2019 6.2021 E3: PLATFORMA FYZIKY PLAZMY P3 9.2018 10.2020 E4: URÝCHĽOVANIE IÓNOV ELIMED 11.2018 1.2021 E5: URÝCHĽOVANIE ELEKTRÓNOV STANICA ELBA 1.2019 7.2021

Experimentálna hala E1 je vybavená laserom budenými sekundárnymi zdrojmi a experimentálnymi koncovými stanicami pre aplikácie v oblasti molekulárnych, biomedicínskych a materiálových vied. Experimenty budú využívať synchronizované laserové a fotónové lúče v rozsahu VUV a tvrdého röntgenového žiarenia (zdroj vysokých harmonických frekvencií – kHz zdroj ultrakrátkych impulzov EUV emitovaných v koherentnom lúči s nízkou divergenciou a zdroj plazmového röntgenového žiarenia – femtosekundové impulzy röntgenového žiarenia v spektrálnom rozsahu 4 – 30 keV).

Nástroje obsahujú:

— MAC: viacúčelovú komoru pre atómovú, molekulárnu a optickú vedu a koherentné difrakčné zobrazovanie,

— ELIps: VUV elipsometer pre sub-ps experimenty, koncovú stanicu pre VUV a mäkké materiály pre röntgenové žiarenie,

— koncovú stanicu tvrdého röntgenového žiarenia: modulárnu stanicu pre Time Resolved Experiments (časovo rozlíšené experimenty), ako sú rozptýlenie, difrakcia, spektroskopia a zobrazovanie pomocou röntgenového žiarenia,

— optické sondy a čerpacie zväzky: špičkovú stanicu pre optickú spektroskopiu vrátane simulovaného Ramanovho rozptylu, zdroj širokého zoskupenia synchronizovaných čerpacích zväzkov od UV po IR a THz.

Experimentálna hala E2 je určená pre ultrarýchle a jasné, tvrdé röntgenové lúče. Laser triedy PW bude k dispozícii pri frekvencii opakovania 10 Hz. Upraviť možno celý rad parametrov vrátane intenzity lasera, veľkosti bodu a trvania impulzu a hustoty elektrónov v plyne. Elektróny sa urýchľujú na relativistické energie a krúžia v samotnej plazme (betatrónový zdroj) alebo sekundovým laserovým impulzom (Comptonov zdroj). Intenzívne femtosekundové röntgenové alebo gama lúče sú emitované z mikrónového zdroja. Používatelia môžu požadovať úzke spektrum (10 % rozptyl energie) alebo širokopásmové žiarenie v spektrálnom rozsahu od keV po niekoľko MeVs.

Platforma pre fyziku plazmy, ktorá sa nachádza v experimentálnej hale E3, je multifunkčná experimentálna infraštruktúra určená na vykonávanie výskumu interakcie laseru s plazmou a laseru s hmotou prevažne v týchto oblastiach:

— fyzika vysokoenergetickej hustoty (HEDP),

— teplá hustá hmota (WDM),

— plazmová optika (PO),

— laboratórna astrofyzika (LA),

— interakcia s ultravysokou intenzitou (UHI).

Experimentálna hala E4 umožňuje používateľom testovať rôzne vzorky s iónovými zdrojmi urýchlenými laserom vďaka jeho sekcii prenosu iónového lúča a dozimetrie, ako aj skúmať inovatívne schémy laserom budeného urýchľovania iónov, ktoré sa zhlukujú vo flexibilnej interakčnej komore. ELIMAIA beamline umožní používateľom skúmať multidisciplinárne aplikácie s použitím laserom budených iónových lúčov, napr. in-vitro radiačnú biológiu a predklinické štúdie v rámci medzinárodnej spolupráce ELIMED.

V experimentálnej hale E5 sa nachádza zariadenie LUIS beamline, pričom hala je určená pre používateľov, ktorí sa zaujímajú o ožarovanie rôznych vzoriek najmodernejšími technikami. Nachádza sa v nej aj platforma ELBA, flexibilná experimentálna oblasť určená pre používateľov, ktorí chcú testovať inovatívne koncepcie a používať najmodernejšie technológie na urýchľovanie elektrónov s lasermi na úrovniach násobkov GeV.

Okrem pôvodného rozsahu pôsobnosti zariadenia ELI-BL sa v predchádzajúcej tabuľke uvádzajú aj zvýšenia kapacity a modernizácie zariadenia, ktoré už boli financované prostredníctvom špecializovaných projektov ADONIS, HIFI a ELIBIO a ktoré budú poliehať budúcemu preskúmaniu a zváženiu zo strany konzorcia ELI ERIC.

Potvrdenie a schválenie každej experimentálnej stanice sa budú monitorovať a pripravenosť pre používateľov sa potvrdí formálnou „revíziou schválenia prevádzky“, ktorú vykonajú nezávislí odborníci, odborníci z ELI-BL a odborníci z iných zariadení ELI a ktorá bude formálnym odporúčaním pre výbor ISTAC a valné zhromaždenie konzorcia ELI ERIC.

5.3. Prístup používateľov a prevádzkové režimy

Režim prístupu bude dobre známy pre používateľov z iných popredných laserových a výskumných zariadení. Predpokladá sa, že experimenty sa budú vykonávať niekoľko dní a v niektorých prípadoch niekoľko týždňov. Celkový cieľ zariadenia je byť k dispozícii [220 dní/rok × 8 hod./deň] spolu 1 760 hod./rok.

5.4. Aspekty týkajúce sa prevádzky a vzájomného vzťahu medzi konzorciom ELI ERIC a zariadením ELI-BL

Kým konzorcium ELI ERIC je poverené spravovať prístup do zariadenia ELI-BL po jeho sprístupnení, fyzickú prevádzku zariadenia vlastní a na začiatku bude priamo riadiť Fyzikálny ústav Akadémie vied Českej republiky, ktorý má v Českej republike úplnú nezávislosť a právnu subjektivitu. Je to „výskumná organizácia“ na účely štátnej pomoci pre výskum a vývoj.

Okrem uvedených dôležitých technických a vedeckých čiastkových cieľov existujú aj organizačné čiastkové ciele spojené s celkovou integráciou ELI-BL do konzorcia ELI ERIC. Tieto organizačné čiastkové ciele sú uvedené v tabuľke ďalej a podrobne opísané v dodatku Model správy prevádzok.

Tabuľka 11

Predpokladané čiastkové ciele organizačného prechodu ELI-BL

INTEGROVANÝ MODEL ELI-BL 2020 2021 2022 RIADENIE X X X POLITIKA VEDY X X X PRÍSTUP POUŽÍVATEĽOV — X X ROZPOČET — X X POLITIKA ZAMESTNANOSTI — — X SPRÁVA TECHNOLÓGIÍ — — X SPRÁVA LOKALITY — — X PRÁVNA ZODPOVEDNOSŤ — X X ADMINISTRATÍVA — X X

Česká republika sa zaväzuje sprístupniť konzorciu ELI ERIC úplnú kapacitu zariadení ELI-BL.

V tabuľke ďalej sú uvedené odhadované náklady v ELI-BL na prevádzku zariadenia vo vzťahu k používateľskému prístupu pre konzorcium ELI ERIC z obdobia 2020 – 2021, tzv. prechodného obdobia. Je to obdobie, v ktorom sa predpokladá, že zodpovednosti, zdroje a aktíva prejdú zmenou, pokiaľ ide o zodpovednosť za správu, z Fyzikálneho ústavu Akadémie vied Českej republiky na konzorcium ELI ERIC.

Tabuľka 12

Odhadované náklady na prístup k ELI-Beamlines

(EUR) ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Osobné priame náklady 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Priame náklady na hardvér 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Osobné náklady + náklady na hardvér 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Osobné náklady + náklady na hardvér v %/spolu 51 % 52 % 53 % 53 % Nepriame náklady 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Náklady spolu ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. ODHADOVANÉ NÁKLADY

Na definovanie podmienok nutných na dosiahnutie dlhodobej udržateľnosti je potrebný podrobný rozpis nákladov a možných finančných zdrojov. Ako sa uvádza v stanovách konzorcia ELI ERIC, všeobecné zásady používania zariadení ELI sa zdokumentujú v samostatnej politike, ktorú schváli valné zhromaždenie, a rozdelenie príspevkov členov na prevádzkové náklady je stanovené v prílohe II, čím sa vytvárajú aj predpoklady na zabránenie výraznej a dlhotrvajúcej nerovnováhe medzi využívaním a peňažnými a nepeňažnými príspevkami zo strany jednotlivých členov.

Ďalej sa uvádzajú základné prvky na definovanie nákladov, ktoré možno zoskupiť do týchto kategórií:

1) výstavba – kapitálové investičné výdavky (CAPEX) pred prevádzkou;

2) prevádzka – prevádzkové výdavky (OPEX) na prístup podrobený partnerskému preskúmaniu;

3) budúce modernizácie – nové investície (CAPEX) potrebné na zlepšenie špecifikácií a dostupných nástrojov v reakcii na konkurenciu a požiadavky používateľov.

Text uvedený ďalej je zameraný na aspekty bodov 1 (výstavba) a 2 (prevádzka).

6.1. Výstavba

Celkové investície (náklady na výstavbu) zariadení ELI budú približne vo výške 556 miliónov EUR počas obdobia výstavby, ako je podrobne uvedené v tabuľke 13.

Tabuľka 13

Náklady na výstavbu zariadení ELI

(v tis. EUR) POLOŽKA ELI BL ELI-ALPS ELI BUDOVA + POZEMOK 94 643 88 705 183 348 TECHNOLÓGIE 181 876 105 435 287 311 SLUŽBY 7 601 9 788 17 389 ZAMESTNANCI 41 206 27 484 68 690 SPOLU 325 326 231 412 556 738

Tieto náklady úplne pokrývajú hostiteľské krajiny prostredníctvom financovania z EŠIF a vnútroštátnych finančných prostriedkov na základe projektov, ktoré boli schválené a monitorované národnými riadiacimi orgánmi. Investície do budov boli vo výške približne 25 %, do technológií vo výške 65 % a vo výške 10 % do zamestnancov a služieb. Tieto náklady sú zo strany konzorcia ELI ERIC nevymáhateľné a nezohľadnia sa v prevádzkových nákladoch konzorcia ELI ERIC. Z príspevkov, ktoré sú vyhradené len na počiatočnú prevádzku, ustálenú prevádzku a modernizáciu sa neuhradia žiadne počiatočné investičné náklady ani náklady na výstavbu.

6.2. Prevádzka

Záväzok hostiteľských členov umožňuje, aby ostatní nehostiteľskí členovia definovali postupný prístup k ich budúcim záväzkom, a dosiahnuť dlhodobú udržateľnosť konzorcia ELI ERIC na základe príspevkov členov:

Tabuľka 14

Odhadované prevádzkové náklady konzorcia ELI ERIC na zariadenia ELI

(v EUR) Prevádzkové náklady konzorcia ELI ERIC 2020 2021 2022 2023 2024 Priame osobné náklady 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Priame náklady na hardvér 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Nepriame náklady 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 Zariadenia ELI spolu 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 Sídlo konzorcia ELI ERIC 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 Konzorcium ELI ERIC spolu 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Vstup nehostiteľských členov počas obdobia počiatočnej prevádzky umožňuje postupné zvyšovanie príspevkov po zriadení konzorcia ELI ERIC a rozhodovanie o konečnej úrovni a záväzkoch týkajúcich sa ich príspevku čoskoro po zriadení. Včasný vstup umožňuje príslušným členom, aby sa zapojili do stanovenia základných pravidiel prevádzky zariadení ELI, pričom finančné záväzky na začiatku sa zvyšujú.

Uvedené sú plánované prevádzkové náklady konzorcia ELI ERIC prispôsobené aktuálnym čiastkovým cieľom. Pravdepodobne predstavujú horný odhad vo vzťahu k nákladom na prístup používateľov počas obdobia počiatočnej prevádzky v závislosti od toho, či sa dosiahli alebo nedosiahli čiastkové ciele. Odhady sa musia stanoviť a monitorovať každoročne počas obdobia počiatočnej prevádzky.

6.3. Budúce modernizácie

V prevádzkových nákladoch konzorcia ELI ERIC sa nezohľadňujú budúce modernizácie laserových systémov a zariadení. Pokrývajú náklady na chod vrátane náhradných dielov a údržby.

Moderné laserové systémy sa rýchlo vyvíjajú a vo všeobecnosti sa uznáva, že na udržanie konkurencieschopnosti bude potrebný neustály vývoj. Na tento účel manažment konzorcia ELI ERIC navrhne špeciálne projekty modernizácie a vykoná sa 5-ročná a 10-ročná analýza s cieľom zistiť potenciálny vývoj a jeho náklady. Na riešenie požiadaviek na kapitálové investície a ich zdrojov sa zorganizujú špeciálne kampane k modernizácii.

7. VÝVOJ A CIELE

Konzorcium Extreme Light Infrastructure ERIC predstavuje dôležitý vývoj nielen pre laserové spoločenstvo v Európe, ale aj pre širší európsky výskumný priestor. Laserová technológia je etablovaná a zároveň rýchlo sa vyvíjajúca oblasť. Keďže sa táto oblasť vyvíja, stáva sa významnejšou pre vedecké aplikácie a je už mimoriadne dôležitá z hľadiska európskej konkurencieschopnosti.

Konzorcium Extreme Light Infrastructure ERIC bude mať širšie prínosy pre spoločnosť v takých oblastiach, ako je zlepšená klinická liečba rakoviny, biomedicínske zobrazovanie a spracovanie jadrových materiálov a jadrového odpadu. Navyše konzorcium ELI ERIC pomôže európskemu odvetviu fotoniky a poskytne príležitosti vzdelávania a odbornej prípravy nových vedcov a inžinierov v oblasti fotoniky a oblastiach výskumu podporeného laserom.

Konzorcium Extreme Light Infrastructure ERIC je základom celoeurópskych iniciatív na udržanie konkurencieschopnosti vo veľmi strategickej oblasti vysokovýkonných laserových systémov s krátkymi impulzmi a v základných vedeckých a inovačných oblastiach. Strmá krivka vývoja laserových technológií naznačuje, že táto oblasť má dobré východiskové postavenie na to, aby dramaticky narušila existujúce veľké vedecké a priemyselné platformy v strednodobom a dlhodobom časovom horizonte. Než sa tak môže stať, konzorcium ELI ERIC však musí preukázať schopnosť udržateľnej prevádzky.

7.1. Vývoj laserovej vedy a technológií

Európa sa ujala vedenia pred Áziou a Severnou Amerikou, pokiaľ ide o vysokovýkonné laserové zariadenia a výskumné centrá. Je jasné, že výrazná koncentrácia je v Európe, najmä vzhľadom na vlastnú organizáciu rôznych ústavov a krajín zapojených do programov Európskej únie, ktoré už niekoľko desaťročí podporujú a prinášajú strategický aspekt do tejto oblasti.

Vedecký úspech a entuziazmus v oblasti vysokovýkonných laserových systémov viedli k zvýšeniu počtu európskych zariadení za posledné desaťročie. Hoci existuje množstvo faktorov, ktoré tento vývoj poháňajú, ide jednoznačne ruka v ruke so zvýšením počtu národných laserových laboratórií v európskej sieti LaserLab Europe financovanej EK (www.laserlab-europe.net). Podľa webového sídla konzorcium v súčasnosti spája 33 popredných organizácií v medziodborovom výskume na báze laseru zo 16 krajín. Z nich 22 zariadení ponúka prístup do svojich laboratórií na výskum v Európe a mimo nej.

Obrázok 4

Mapa sveta z roku 2016 podľa Medzinárodného výboru pre ultraintenzívne lasery (ICUIL) znázorňujúca globálny rozsah laserových zariadení triedy PW

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

Rýchly úspech siete LaserLab Europe poskytuje základ pre konzorcium ELI ERIC, aby mohlo pokračovať v budovaní európskeho laserového spoločenstva. Rovnako dôležité je, že konzorcium ELI ERIC poskytne nové kapacity a priláka pozornosť iných vedeckých disciplín. Na základe úspechu národných laserových laboratórií sa vyvinuli odborné znalosti, poznatky a overenie koncepcie konzorcia ELI ERIC. Komunita používateľov sa rozrástla a uskutočnili sa významné investície, ktorými sa podporil aj rozvoj európskych spoločností v budovaní konzorcia ELI ERIC a iných zariadení triedy PW. Pokračujúca spolupráca v spoločenstve je pre neustálu konkurencieschopnosť a prvenstvo Európy v tejto oblasti mimoriadne dôležitá.

Vďaka objavu technológie generovania ultrakrátkych optických impulzov veľmi vysokej intenzity (CPA) a neskôr optického parametrického CPA (OPCPA) v systémoch ELI došlo k prudkému zvýšeniu špičkového výkonu laseru o 6 – 8 rádov, 4 rády nad úrovňou, keď sa energia rozkmitania elektrónu rovná energii pokojovej hmotnosti (alebo 1 018 W/cm2 elektrónu). Toto predznamenáva relativistickú interakciu laseru a plazmy a subatómový režim vrátane jadrovej fyziky a fyziky častíc. Budúci vývoj v konzorciu ELI ERIC môže reálne konkurovať najvýkonnejším urýchľovačom na svete za zlomok nákladov a s tradičnejšími technikami, keď sú potrebné vysoké gradienty urýchľovania v cieľových aplikáciách, ako sú rádioterapia nádorov v nemocničnom prostredí, kde sú priestor a náklady dôležité.

Pokiaľ ide o vývoj technológií, konzorcium ELI ERIC sa bude intenzívne zameriavať na kritické oblasti spolupráce, ktoré identifikuje ELI a poprední partneri v LaserLab. Hlavné prekážky spoľahlivej a nákladovo efektívnej prevádzky systémov a zariadení triedy PW sa budú riešiť s priemyslom, aby sa tieto prekážky prekonali. Bude to mať nielen pozitívny vplyv na európsky priemysel v danej oblasti, na európsky výskumný priestor a sieť partnerov LaserLab v súčasnosti, ale bude to zároveň priamo viesť k udržateľnej prevádzke zariadení ELI, čím sa zabezpečí spoľahlivosť svetovej triedy.

Obrázok 5

Počet petawattových laserových systémov, ktoré sa každoročne sprístupňujú online, rozdelený podľa kontinentov, na ktorých sa tieto systémy nachádzajú (*2)

Fyzika je jasná a výzvou je vývoj technológií. ELI v spolupráci s priemyslom a inými poprednými výskumnými centrami bude vyvíjať množstvo podporných technológií, najmä optické komponenty ďalšej generácie.

7.2. Organizačné ciele konzorcia ELI ERIC

7.2.1. Zriadenie prevádzky

Kombinované zdroje a zameranie sa na konzorcium ELI ERIC bude mať nesmierny a dlhodobý vplyv na vedu v tejto oblasti, ako aj na technologický pokrok. Prvý cieľ je však pragmatický a lokálny: súčasne vystavať a zlúčiť správu dvoch zariadení a účinne integrovať zdroje.

V súlade s nariadením (ES) č. 723/2009 je konzorcium ELIC ERIC výskumnou infraštruktúrou s jediným sídlom a, okrem prevádzky v mieste sídla, s viacerými miestami prevádzok v hostiteľských členských štátoch. Hoci existujú iné vedecké organizácie na viacerých miestach, je veľmi málo európskych projektov postavených na zelenej lúke v rôznych krajinách, ktoré využívajú štrukturálne fondy na účel spojenia sa do jednej výskumnej infraštruktúry. Takisto neexistujú žiadne veľké laserové zariadenia pre používateľov. Konzorcium ELI ERIC bude najprv potrebovať tieto zariadenia uviesť do činnosti, než začne riešiť širšie záujmy, čo predstavuje technickú, ako aj manažérsku výzvu.

7.2.2. Nadviazanie spolupráce

Druhým cieľom je identifikovať príležitosti technickej synergie vo všetkých európskych popredných centrách používajúcich vysokovýkonné lasery s krátkym impulzom. V minulosti bolo náročné prevádzkovať vysokovýkonné lasery triedy PW v používateľskom prostredí vzhľadom na problémy týkajúce sa spoľahlivosti a výmeny drahých komponentov. Samotné zariadenia ELI budú mať spoločne výkon viac ako 30 PW.

Spolu s partnermi v národných zariadeniach vo Francúzsku, v Nemecku, Španielsku, Spojenom kráľovstve a Taliansku (všetko členovia siete Laserlab Europe) konzorcium ELI ERIC vytvorí najväčšiu koncentráciu najmodernejších vysokovýkonných laserových zariadení s krátkym impulzom v histórii. Neexistuje reálne porovnanie, pretože ambíciou je vytvoriť bezprecedentnú spoluprácu s cieľom identifikovať komponenty a procesy znemožňujúce prevádzku laserov triedy PW a identifikovať riešenia a štandardné prístupy k prevádzkam.

Predpokladá sa, že vzájomná spolupráca zariadení a ich spolupráca s priemyslom môžu v niektorých prípadoch znížiť prevádzkové náklady o 30 % a zvýšiť dostupnosť pre používateľov až na 90 % času používania lúča. Toto ponúka príležitosť realizovať jedinečné úspory z množstva a rozsahu, čo umožní výrazné technologické pokroky v krátkom čase. Takéto výhody budú mať celosvetový ohlas v rámci celého laserového priemyslu.

7.2.3. Vybudovanie dobrého mena

Treťou ambíciou je vedecky preukázať výkon a potenciál systémov ELI ERIC na začiatku prevádzkovej fázy vedeckého programu. Zariadenia ELI sa s pomocou skúseností z iných partnerských zariadení budú snažiť do roku 2021 dosiahnuť 80 % odhadovaného času využívania zariadení, pričom v prevádzke bude 90 % primárnych laserových systémov, z ktorých väčšina má vysokú až strednú frekvenciu opakovania.

Na porovnanie, súčasný stav techniky pre lasery triedy PW je niekoľko výbojov za hodinu. Konzorcium ELI ERIC a niektoré partnerské zariadenia sa budú snažiť prevádzkovať pri frekvenciách v Hz a násobkoch Hz. Toto je o to pozoruhodnejšie, keď sa uváži, že konzorcium ELI ERIC prevádzkuje v niektorých prípadoch celosvetovo popredné lasery z hľadiska výkonu. Včasné výzvy umožnia experimenty pri týchto zvýšených frekvenciách opakovania so spoločným vývojom a vytváraním cieľov pre používateľov.

Tieto experimenty nebudú viesť len k prevratným objavom, ale umožnia aj zaznamenanie svetového výkonu pre sekundárne zdroje, akým je GeV zrýchlenie budiaceho poľa. Takéto prelomové riadené experimenty na začiatku životnosti zariadení v kombinácii s rozsiahlou osvetovou činnosťou a šírením informácií prinesú intenzívny záujem o konzorcium ELI ERIC a o laserovú vedu všeobecne. Bude to mať vplyv na celú laserovú vedu v Európe a vo svete, čo bude viesť k mnohým praktickým aplikáciám, napr. moderným liečbam rakoviny a premene nebezpečného jadrového odpadu. Ambíciou je preukázať tento potenciál a vytvoriť rastúci udržateľný základ podpory pre konzorcium ELI ERIC a celú laserovú vedu v Európe.

7.2.4. Zavedenie inovácií

Vplyv konzorcia ELI ERIC na inovácie a technológie laserového priemyslu sa nezastaví na konci fázy výstavby. Súčasnou výzvou prevádzkovej fázy je udržateľný technologický vývoj. ELI bude budovať dlhodobé vzťahy s priemyselnými partnermi s cieľom riešiť problémy s obstarávaním dôležitých komponentov a s kontinuálnym technologickým vývojom, pričom sa zameria na udržateľnosť prevádzky.

Pokiaľ ide o vzťahy s priemyslom, jednou z výziev bude začať dialóg s dodávateľmi, aby sa identifikovali obmedzenia zdokonaľovania výrobkov alebo procesy zmierňovania rizík (veľká dostupnosť náhradných dielov, viacerí dodávatelia...), najmä z hľadiska dlhodobo udržateľnej prevádzky zariadení ELI.

Počas prevádzkovej fázy bude pokračovať technologický vývoj riadený požiadavkami konzorcia ELI ERIC. Niekoľko príkladov:

— Dôležité optické komponenty pre vysokovýkonné lasery/lasery s vysokou frekvenciou opakovania Transport a zaostrovacia optika, ako aj difrakčné mriežky a aktívne materiály sa musia ďalej vyvíjať, aby odolali dlhšiemu času pôsobenia vysokoenergetických a supervýkonných impulzov a zvládli veľké priemery lúčov, pričom toto sa musí robiť pri veľkom počte výbojov.

— Metrológia krátkych impulzov, veľkých lúčov Nevyhnutné sú revolučné riešenia na meranie výkonov systémov v prípade krátkych impulzov a veľkých lúčov s cieľom podporiť pochopenie jedinečných vedeckých výsledkov, ktoré bude možné dosiahnuť so zariadeniami ELI.

— Úplná kontrola zložitých systémov Experimentálne systémy musia zaručovať výkony a plynulú prevádzku. Potrebné sú inteligentné a úplne prepojené systémy kontroly.

Zariadenia ELI sa zamerajú na spoluprácu s priemyselnými partnermi, ktorí budú schopní narušiť súčasné technológie inovatívnymi riešeniami. Obsah inovácie nebude zameraný len na krátkodobý technický aspekt, ale bude riešiť aj otázky udržateľnosti riešenia z dlhodobého hľadiska s cieľom zaručiť konzorciu ELI ERIC najlepšie výkony, najdlhší čas prevádzkyschopnosti a najefektívnejšiu kontrolu nákladov na údržbu. Jedinečné vedecké výsledky konzorcia ELI ERIC budú z dlhodobého hľadiska založené na najudržateľnejších technologických riešeniach supervýkonných laserov.

7.2.5. Vplyv na hostiteľské krajiny

Hlavným dôvodom investovania do konzorcia ELI ERIC a jeho umiestnenia do krajín strednej Európy je ovplyvniť tieto regióny prostredníctvom mimoriadne cenného výskumného a technologického centra. Existuje mnoho štúdií iných výskumných ústavov, z ktorých vyplýva, že k významným podielom vplyvu investovania a inovácií dochádza do vzdialenosti 100 km od zariadenia, čím sa preukazuje význam blízkosti. Niektoré predpokladané vplyvy:

— Priamy vplyv investícií – očakáva sa, že hostiteľské krajiny dostanú 50 – 80 % prevádzkových nákladov od ostatných členov, čo znamená, že investície by mali mať priamy vplyv na miestne hospodárstvo. ELI bude tieto vplyvy sledovať a informovať o nich. Očakáva sa, že približne > 50 % z nich sa minie v rámci miestneho regiónu, čo ovplyvní dve odlišné stredoeurópske oblasti.

— Zvýšené príležitosti pre národných/miestnych výskumníkov – zariadenia ELI sa nachádzajú v mestách (Praha, Segedín) s univerzitami. Každá univerzita, ktorá si je vedomá nadchádzajúceho vývoja v konzorciu ELI ERIC, zaradila študentov a akademických pracovníkov do programov s cieľom využiť blízkosť. V súvislosti s týmto projektom existujú osobitné činnosti zamerané na získanie miestnych výskumníkov, takže sa predpokladá, že v priebehu 10 rokov od zriadenia konzorcia ELI ERIC bude mať každá krajina popredných výskumníkov v danej oblasti.

— Zvýšené príležitosti inovácie pre miestny priemysel – okrem opísaných priamych vplyvov investícií bude blízkosť zariadení hnacou silou inovácií minimálne dvoma merateľnými spôsobmi. Po prvé, schopný priemysel bude mať príležitosť pristupovať k zariadeniu aktívne buď predajom výrobkov, alebo sa bude snažiť zistiť, ako prispôsobiť svoju ponuku zariadeniu. Tímy obstarávania aj kontaktní pracovníci priemyslu prostredníctvom podujatí na „osvetu v priemysle“ pomôžu uľahčiť poskytovanie informácií o zariadeniach. Okrem toho existujú určité oblasti, v ktorých môže byť pre zariadenia zo strategických dôvodov výhodné mať miestneho dodávateľa. Môže to byť kvôli nízkym nákladom v danej oblasti, ale pravdepodobnejšie kvôli blízkosti a pohodlnému prístupu k dodávateľom s cieľom prispôsobiť technické riešenia.

8. HLAVNÉ RIZIKÁ

8.1. Analýza rizík

Tabuľka 15

Posúdenie rizík na vysokej úrovni pre realizáciu zariadení ELI ERIC

Potenciálne riziko Pravdepodobnosť 1 (nízka) – 5 (vysoká) Vplyv 1 (nízky) – 5 (vysoký) Prevencia/zmiernenie Prilákanie zamestnancov a konkurenčné odmeňovanie – hrozí riziko, že konzorcium ELI ERIC nebude vedieť prilákať svetových popredných odborníkov, aby sa stali jeho zamestnancami. 4 5 aktívny nábor, zmluvy na dobu určitú, výskumné príležitosti, iniciatívy v oblasti „kvality života“ Technické riziko nesplnenia hlavných parametrov – riziko, že ELI nedosiahne určité hlavné výkonové parametre, čo môže zabrániť niektorým experimentálnym možnostiam. 3 3 plánovanie a dialóg s komunitou používateľov a výborom ISTAC s cieľom riadiť očakávania a určiť alternatívne experimentálne priority Zvyšovanie platov počas prvých 5 rokov –platy v konzorciu ELI ERIC sa budú výrazne zvyšovať približne o 5 – 10 % ročne z dôvodu miestnej dynamiky pracovného trhu. 5 3 plánovanie a dialóg so zamestnancami s cieľom stanoviť očakávania Zastarávanie vybavenia/komponentov –technológia v laserových systémoch sa bude v nadchádzajúcom roku rýchlo vyvíjať a ELI riskuje, že nebude konkurencieschopné, ak sa nebudú priebežne vynakladať kapitálové výdavky. 3 4 plánovanie vo forme technologického plánu; hľadanie doplnkového financovania Negatívne prvé skúsenosti používateľov –poškodenie na začiatku v dôsledku a) nefunkčnosti zariadenia, b) neposkytnutia podpory zamestnancami alebo c) zlého riadenia komunikácie/očakávaní. Môže to spôsobiť zlé meno medzi výskumníkmi a veľmi pomalý nárast poskytovania služieb. 3 – 4 4 – 5 úzka spolupráca na začiatku s „priateľskými používateľmi“, prieskumy používateľov, plán „koordinátorov používateľov“ na ponúknutie služieb „concierge“ Neúspešná integrácia zariadení ELI – v dôsledku problémov so správou/s riadením sa organizačné zlúčenie oneskorí alebo nepodarí. Vedie to k zvýšeným nákladom, poškodeniu integrity a dobrého mena konzorcia ELI ERIC. 2 5 dôsledné monitorovanie manažmentu, „výmena manažmentu“ podporená na vysokej úrovni a vzdelávacie semináre, vyhradené zdroje a odôvodnené očakávania načasovania

(1) Nariadenie Rady (ES) č. 723/2009 z 25. júna 2009 o právnom rámci Spoločenstva pre Konzorcium pre európsku výskumnú infraštruktúru (ERIC) (Ú. v. EÚ L 206, 8.8.2009, s. 1).

(*1) Technológia CPA a technológia polovodičového lasera posunuli súčasnú maximálnu intenzitu za rozsah 1022 W/cm2. Konzorcium ELI ERIC ju zvýši o viac ako jeden rád. Zobrazený je aj experiment SLAC E144 (modrá bodka), pri ktorom sa dosiahla vysoká intenzita zosilnením interakcie lasera s hmotou do relativistickej sústavy. Vodorovné čiary znázorňujú intenzitu ponderomotorickej energie (kmitanie) Up elektrónu v laseri s vlnovou dĺžkou 800 nm (Ti:zafír) rovnajúcej sa jednej atómovej hmotnostnej jednotke; a v prípade Up sa rovná pokojovej hmotnosti elektrónu; alebo konečný cieľ Schwingerovej intenzity Y = 1, keď sa vákuum stane nestabilným a svetlo sa premení na hmotu. Zdroj: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Tento graf obsahuje prevádzkované zariadenia a zariadenia vo výstavbe. ZDROJ: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.