PRILOGA I

TEHNIČNI IN ZNANSTVENI OPIS

1. NAMEN IN PODROČJE UPORABE TEGA DOKUMENTA

V tem dokumentu so opisani znanstveni namen in tehnični sistemi, ki jih bo Ekstremna svetlobna infrastruktura – Konzorcij evropske raziskovalne infrastrukture (ELI ERIC) zagotavljal raziskovalcem. V njem so opisani posebni vidiki objektov, ki jih bodo države gostiteljice dale na voljo ELI ERIC. Ta dokument je temelj za določitev področja uporabe in opredelitve „delovanja“ ELI ERIC.

V tem dokumentu so navedeni znanstveni cilji in namen ELI ERIC. V nekaterih primerih so po potrebi navedeni sklici na belo knjigo o ELI, ki je bila primarni tehnični dokument ELI pred gradnjo. Priznava se, da vidiki vizije za ELI, opisani v tem pomembnem dokumentu, ostajajo, vendar so za namene tega dokumenta in vzpostavitve ELI ERIC opisane le tehnične zmogljivosti, ki jih zagotavljajo ustanovitvene članice gostiteljice ERIC.

Povzeti so sedanje znanstveno področje uporabe in tehnični vidiki objektov ELI. Navedeni so tudi proračunski elementi in elementi časovnega razporeda ob začetku delovanja. Te informacije so referenca za Statut ELI ERIC, zlasti člen 22 – Obveznosti in sredstva, ter so podlaga za sporazume med ELI ERIC in lastniki objektov (institucije gostiteljice) o dajanju objektov ELI na voljo skupnosti uporabnikov. Kot tak je ta dokument sestavni del Statuta ELI ERIC ob začetnem oblikovanju ELI ERIC ter osnovna referenca za področje uporabe in poslanstvo objektov.

2. UVOD IN OZADJE

Ekstremna svetlobna infrastruktura ERIC je mednarodni laserski objekt, katerega cilj je zagotoviti nove interdisciplinarne raziskovalne priložnosti z uporabo ekstremne svetlobe iz laserskih virov z največjo vršno močjo, ki so trenutno na voljo, namenjen pa je raziskovanju. Ti laserji in njihovo sekundarno sevanje bodo omogočili odkritja brez primere v številnih znanstvenih disciplinah ter za družbeno pomembne uporabe.

ELI ERIC je v skladu z Uredbo Sveta (ES) št. 723/2009 (1) raziskovalna infrastruktura na enem mestu, ki ima poleg kraja sedeža več lokacij delovanja v državah članicah gostiteljicah. Objekti ELI bodo imeli sedež na dveh lokacijah, tj. v Češki republiki in na Madžarskem. Dani so na voljo mednarodni skupnosti znanstvenih uporabnikov.

Leta 2018 sta Nobelovo nagrado za fiziko prejela Gérard Mourou in Donna Strickland, in sicer za delo na področju laserske tehnologije generiranja visokointenzitetnih ultrakratkih optičnih pulzov (CPA). Ta Nobelova nagrada je za ELI posebna na več načinov, saj pravočasno izpostavlja temeljno tehnologijo, ki omogoča ekstremno lasersko svetlobo. Objekti ELI bodo spodbudili tehniko CPA, tako da bodo na voljo ravni vršne moči brez primere (glej sliko 1), s čimer se bodo omogočili različni primeri uporabe za temeljno znanost in družbene koristi.

Poseben cilj ELI ERIC je obravnavati dva velika izziva, ki sta bila prvič omenjena v beli knjigi o ELI in sta še vedno pomembna, pri čemer je cilj razviti:

— objekt za visokoenergijske snope in rentgenske žarke: ultrakratke energijske delce (> 10 GeV) in sevalne žarke (do nekaj MeV), generirane s kompaktnimi laserskimi plazemskmi pospeševalniki;

— atosekundna znanost: kratke posnetke dinamike elektronov v atomih, molekulah, plazmah in trdnih snoveh v atosekundnem merilu.

Zlasti:

— Objekt ELI-Beamlines v Dolníh Břežanyh (blizu Prage), Češka republika, bo osredotočen na razvoj kratkopulznih sekundarnih virov sevanja in delcev ter njihovo večdisciplinarno uporabo v molekularni znanosti, biomedicini in znanosti o materialih, fiziki gostih plazem in tople goste snovi ter laboratorijski astrofiziki. Poleg tega se bodo v objektu uporabljali visokozmogljivi laserji z visoko frekvenco ponavljanja za poskuse na področju fizike velikih polj s fokusiranimi intenzitetami približno 1023 W/cm2, pri čemer se bodo proučevali eksotična fizika plazme in nelinearni učinki kvantne elektrodinamike. — Objekt ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) v Szegedu, Madžarska, je edinstven objekt, ki zagotavlja svetlobne vire med teraherčnim (1012 Hz) rentgenskim (1018–1019 Hz) frekvenčnim območjem v obliki ultrakratkih impulzov z visoko frekvenco ponavljanja. Objekt ELI ALPS bo namenjen ekstremno hitri dinamiki s kratkimi posnetki dinamike elektronov v atomih, molekulah, plazmah in trdnih snoveh v atosekundnem merilu (10–18 s). V njem se bodo izvajale tudi raziskave z ultraintenzivnimi laserji.

Objekti ELI bodo zagotovili zbirko najzmogljivejših sistemov z najkrajšimi impulzi, ki so zdaj na voljo. Natančneje, ELI bo prva infrastruktura, namenjena temeljnemu proučevanju interakcije laserja s snovjo v ultrarelativnostnem sistemu (I > 1024 W/cm2). V objektih se že preskuša nova generacija inovativnih, zelo kompaktnih snopov, ki femtosekundne energijske delce in sevalne žarke (10–15 s) pretvarja v atosekundne (10–18 s).

Objekti ELI naj bi zaradi tako raznolikih raziskovalnih dejavnosti prinesli precejšnje družbene koristi ter bili gonilna sila za srednje- in dolgoročne inovacije, med drugim na področju boljšega onkološkega zdravljenja (žarki ionizirajočega sevanja), medicinskega in biomedicinskega slikanja, nove generacije fotonike in razvoja novih načinom obdelave jedrskih odpadkov s transmutacijo.

Skupaj imajo objekti ELI skoraj 54 000 kvadratnih metrov na dveh lokacijah in naj bi vključevali do 600 znanstvenikov, inženirjev, tehnikov in članov podpornega osebja.

Slika 1

Največje fokusirane intenzitete skozi čas ( (*1))

Na začetku je bila v beli knjigi o ELI, kot je bila predstavljena leta 2011, opisana vizija objekta, ki bo premaknil meje „ekstremne svetlobe“ in laserske tehnologije, ki pa je še vedno ustrezna:

„Za sedanje glavne specifikacije visokozmogljivih laserskih sistemov je značilna vršna moč med enim in dvema petavatoma (PW) pri zelo majhnih frekvencah ponavljanja (pod Hz), kar se ni spremenilo že več kot desetletje [zdaj dve desetletji]. Večina visokozmogljivih sistemov pa še vedno vztraja pri ravni 100 TW. ELI in njegovi nacionalni predhodni projekti, kot sta ILE in Vulcan-10PW, bodo okrepili vršno moč samostojnih laserjev (modulov) v sistem 10 PW ali več 10 PW pri veliko višjih frekvencah ponavljanja, kar bo pomenilo evolucijo za več kot en velikostni red pri obeh parametrih.“

Vizija odpira pot še zmogljivejšim, kombiniranim, koherentnim 100 PW-laserskim sistemom, ki naj bi se uresničili v prihodnjih objektih ELI na podlagi tehnologij, ki se bodo prvič uporabljale v objektih ELI. Taki sistemi omogočajo novo vrsto interakcije, kar omogoča, da prvič presežemo področje atomske fizike, da bi raziskali sloje snovi, pomembne za jedrsko fiziko, visokoenergijsko fiziko delcev, astrofiziko in področja, ki se običajno proučujejo z visokoenergijskimi pospeševalniki delcev. ELI bi lahko pomenil povsem nov pristop k proučevanje temeljne fizike. Laserska ultrarelativnostna intenziteta je bistvo ELI, ki vodi do:

— najvišjega elektromagnetnega polja;

— možnosti, da svetloba premika snov, elektrone in ione z relativnostno hitrostjo;

— generiranja koherentnega ali nekoherentnega visokoenergijskega sevanja, in sicer rentgenskih žarkov ali γ-žarkov;

— možnosti generiranja veliko krajših impulzov, kot je trenutno mogoče, sčasoma celo krajših od atosekundnega razpona.

Te štiri edinstvene značilnosti posamično ali skupaj zagotavljajo nov sklop zmogljivih strukturnih dinamičnih orodij.

3. OBJEKTI ELI GLEDE NA EKSTREMNO SVETLOBNO INFRASTRUKTURO ERIC

Dostop do objektov ELI bo konkurenčen, mednaroden in odprt za vse uporabnike iz držav članic in tretjih držav na podlagi člena 2(2)(a) Statuta ELI ERIC ter na podlagi politike dostopa za uporabnike ELI ERIC, kot je opredeljeno v členu 6 Statuta ELI ERIC, pa tudi na podlagi načel iz Listine Evropske unije za dostop do raziskovalnih infrastruktur (2). Vsak dostop za uporabnike mora biti medsebojno strokovno pregledan. ELI ERIC bo zagotovil skupno točko dostopa za uporabnike, ki se bodo celovito odzvali na enoten razpis za zbiranje predlogov, vključno z vsemi razpoložljivimi zmogljivostmi objektov ELI.

Z vidika znanosti je dostop odprt, kar pomeni, da so objekti ELI odprti za morebitne raziskovalce iz držav članic, pa tudi tretjih držav. Predlogi so konkurenčni, da so odprti, pa pomeni tudi, da so podatki in končna uporaba podatkov v objavah na voljo komur koli ter da jih lahko kdor koli pregleda.

Poleg odprtega dostopa obstaja tudi lastniški dostop, ki ga plača uporabnik, zato so lahko rezultati v obliki podatkov last uporabnika in zaprti.

Nazadnje, možen bo tudi dostop glede na cilje na podlagi poslanstva. To so lahko tematsko usmerjene raziskave v posebnih disciplinah ter lahko vključujejo tudi razvoj tehnologije v smislu sodelovanja pri inovacijah in javnem naročanju. Usposabljanje in izobraževanje za usposobljenost sta bistvena za članice in evropski raziskovalni prostor, ki pa ga lahko tudi presegata.

Članice gostiteljice se zavežejo, da bodo objekte ELI dale na voljo ELI ERIC v okviru svojega prispevka. Ta prispevek gostiteljic brez stroškov je v javnem interesu, stroški naložbe za gradnjo pa se ne amortizirajo ali upoštevajo pri operativnih stroških. Pojem razpoložljivosti ne zahteva, pomeni ali izključuje prenosa lastništva objektov delno ali v celoti. Pomen razpoložljivosti je v tem posebnem okviru opredeljen in dogovorjen med ELI ERIC in njegovimi članicami gostiteljicami kot poln dostop do zadevnih objektov, njihov nadzor in odgovornost zanje. Pravno je urejen s posebnimi sporazumi o delovanju objektov med ELI ERIC, članico gostiteljico in po potreb lastniki objektov ELI.

Navedeni sporazumi zajemajo njihovo delovanje, podporo in upravljanje ter se za vzpostavitev pravne podlage sklicujejo neposredno na Statut ELI ERIC. Upoštevajo prejšnje zaveze, odgovornosti in obveznosti, tudi tiste, ki so opredeljene v izvršilnih projektih evropskih strukturnih in investicijskih skladov (v nadaljnjem besedilu: skladi ESI). Sporazumi se nadalje obravnavajo v okviru modela upravljanja delovanja ELI ERIC in zajemajo dve vrsti mejnikov v zvezi z razpoložljivostjo:

— tehnične mejnike – opisani so v nadaljevanju, in sicer posebni instrumenti in eksperimentalne postaje, ki delujejo in so pripravljeni za uporabnika, pri čemer jih priporoči odbor za pregled, vključno z neodvisnimi strokovnjaki, in potrdi generalna skupščina ELI ERIC;

— organizacijske mejnike – opredeljeni so neodvisno za vsak objekt ELI.

Ta pristop mora biti skladen z izraženim ciljem Statuta ELI ERIC, da deluje kot en sam pravni subjekt in se razvija v podobni smeri kot druge vodilne raziskovalne infrastrukture, tj. v smeri ene same povezane organizacije in upravljanja, kot je opredeljeno v členu 3(1) Statuta ELI ERIC.

V naslednjih oddelkih so navedeni podrobni opisi posameznih objektov ELI ter opredeljena njihova bistvena znanstvena in tehnična narava. To je pomembna podlaga za zgoraj opisani pristop k dajanju objektov ELI na voljo. Opisani so tudi časovni razpored razpoložljivosti v zvezi z dostopom za uporabnike za posamezen objekt in njegovi ocenjeni stroški prihodnjega delovanja v prvih treh letih do vključno prvih dveh let ustaljenega delovanja. V oddelkih je na kratko opisan sedanji pravni status posameznega objekta ELI in pojasnjeno, kako lahko ta status vpliva na dostop v prihodnosti glede na ELI ERIC.

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

V objektu ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) v Szegedu (Madžarska) bo mednarodni skupnosti v okviru ELI ERIC na voljo širok nabor virov sevanja in delcev, ki stabilno glede na specifikacije in zanesljivo glede na delovanje oddajajo energijske impulze ultrakratkega in koherentnega sevanja v atosekundnem časovnem razponu (10–18 s). Popolnoma nov objekt na eni lokaciji zaseda več kot 24 000 kvadratnih metrov in naj bi imel približno 200 zaposlenih.

Objekt ELI-ALPS je zdaj v lasti družbe ELI-HU Non-Profit Ltd. (v nadaljnjem besedilu: družba ELI-HU), tj. neodvisne in nepridobitne družbe v državni lasti, ki je v 90-odstotni lasti Madžarske in 10-odstotni lasti lokalnih deležnikov, ki je objekt tudi zgradila. Družba ELI-HU je na Madžarskem popolnoma avtonomna in pravna oseba.

4.1. Tehnična struktura in viri

Glavno poslanstvo raziskovalnega objekta ELI-ALPS v Szegedu je dati skupinam uporabnikov mednarodne znanstvene skupnosti na voljo širok nabor ultrakratkih svetlobnih virov. Pomembna raziskovalna pobuda infrastrukture so sekundarni laserski viri, ki oddajajo koherentno ekstremno ultravijolično (XUV) in rentgensko sevanje ter so zamejeni z atosekundnimi impulzi. Sekundarni namen objekta je prispevati k nujnemu znanstvenemu in tehnološkemu razvoju, ki je potreben za visoko vršno intenzivnost in laserje z visoko povprečno močjo.

Preglednica 1

Predvideni parametri zmogljivosti ELI-ALPS za laserske vire pri izhodu laserja

PRIMARNI LASERSKI VIRI Vršna moč Povprečna moč Energija impulza Trajanje impulza Frekvenca ponavljanja ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cikla < 1,9 cikla 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 cikla (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cikli (< 42 fs) 100 kHz MIR HE predvidena nadgradnja ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ pri 3 μm ~ 20 mJ pri 1,5 μm < 3 cikli (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cikla (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 predvidena nadgradnja ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cikla (~ 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 Črpalka THz > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

Infrastruktura ELI ALPS uporabnikom na področjih znanstvenega raziskovanja in industrijske uporabe zagotavlja primarne laserske impulze skupaj z impresivnim nizom sinhroniziranih svetlobnih impulzov in impulzov delcev. Med izjemnimi značilnostmi parametrov vira so:

— malociklični impulzi, in sicer od teraherčnih/infrardečih do petaherčnih/ultravijoličnih, z impresivno frekvenco ponavljanja od 10 Hz do 100 kHz;

— atosekundni, ekstremni ultravijolični, mehki in trdi rentgenski impulzi s frekvenco ponavljanja od 10 Hz do 100 kHz ter energijo impulzov od nekaj μJ do mJ;

— viri relativnostnih in ultrarelativnostnih delcev ter prostorsko koherentnih rentgenskih žarkov femtosekundne dolžine;

— kontrolirane ultrarelativnostne oblike impulzov z ultravisokim kontrastom pri frekvenci ponavljanja nekaj Hz in kHz.

Vzporedno poslanstvo ELI-ALPS je skupaj z drugim objektom ELI prispevati k tehnološkemu razvoju v smeri laserjev z veliko vršno močjo in tistih z veliko povprečno močjo, zlasti v zvezi z atoznanostjo in zadevno uporabo. Vzporedni obstoj atosekundnih impulzov in najsodobnejših laserjev, vključno z laserji razreda PW, v istem objektu omogoča edinstvene časovno rešene raziskovalne možnosti za nerelativnostno in relativnostno interakcijo svetlobe z vsemi štirimi agregatnimi stanji snovmi.

Objekt ELI-ALPS je posebej osredotočen na spodbujanje industrijskih uporab z učinki prelivanja, pri čemer upošteva tudi možen velik vpliv na okoliško ozemlje, ki bo gostilo velik park znanosti.

Preglednica 2

Mejniki ELI-ALPS za laserske vire

RAZPOLOŽLJIVOST LASERSKIH VIROV ELI-ALPS PREVZEM V OBRATOVANJE DOSTOP ZA UPORABNIKE HR1 oktober 2017 razpoložljiv (0,8 mJ, < 1,9 cikla) november 2021 (vse specif.) HR2 marec 2021 maj 2021 MIR oktober 2017 razpoložljiv MIR HE – PREDVIDENA NADGRADNJA oktober 2022 januar 2023 SYLOS2 marec 2019 razpoložljiv SYLOS3 – PREDVIDENA NADGRADNJA oktober 2022 januar 2023 SYLOS EXP ALIGNMENT december 2018 razpoložljiv HF PW maj 2018 oktober 2021 ČRPALKA THZ januar 2021 marec 2021

4.2. Eksperimentalne postaje

Slika 2

Načrt eksperimentalnih postaj ELI-ALPS

Objekt ELI-ALPS zagotavlja številne najsodobnejše ultrakratke visokointenzivne laserske impulze v kombinaciji z vrhunskimi sekundarnimi viri in naprednimi končnimi postajami za uporabnike, ki zagotavljajo izjemno okolje za temeljne in aplikativne znanstvene raziskave. Objekt ELI-ALPS bo od vsega začetka vodilen na nekaterih področjih:

— znanost valenčnih in jedrnih elektronov – dinamika valenčnih in jedrnih elektronov v majhnih sistemih se lahko ločeno spremlja in nadzoruje z interakcijami atosekundnih impulzov;

— vizualizacija ultrahitrih strukturnih dinamik in korelacijskih učinkov – kombinacije virov z ultrakratkimi impulzi in kratkimi valovnimi dolžinami, ki omogočajo vizualizacijo dinamike nabojev v kompleksnih in (močno) medsebojno povezanih sistemih;

— dinamika ultrahitre površinske in kondenzirane snovi – najsodobnejši atosekundni viri z visoko frekvenco ponavljanja skupaj z izpopolnjeno končno postajo uporabnikov mikroskopa NanoEsca zagotavljajo edinstvene priložnosti na področju znanosti površinske in kondenzirane snovi;

— plazemska atoznanost – relativnostni impulzi z nekaj cikli ali impulzi PW z višjim prostorskim in časovnim kontrastom bi se izkoristili za proučevanje, optimizacijo in uporabo podcikelnih procesov sevanja, da bi se raziskali relativnostna površinska dinamika, relativnostno oblikovanje impulzov, radiobiologija itd.;

— raziskovanje teraherčnega sevanja – v frekvenčnem območju 0,1–2 THz bodo na voljo visokointenzivni, ultrakratki teraherčni viri z vršno jakostjo električnega polja brez primere (do 5 MV/cm) in energijo impulza 1 mJ.

Ta objekt je zaradi edinstvene kombinacije virov sevanja z visoko frekvenco ponavljanja pri ELI, ki zajema elektromagnetni spekter od rentgenskih žarkov do dolgih infrardečih in teraherčnih žarkov, zelo privlačen za raziskave na kompleksnih uporabnih sistemih. Področja uporabnih raziskav vključujejo nove atosekundne vire, nove vire delcev, nanotehnologijo, kulturno dediščino, biološko slikanje in biomedicinsko uporabo, kot sta napredna fazno-kontrastna tomografija in večdimenzionalna spektroskopija.

Preglednica 3

Mejniki sekundarnih virov ELI-ALPS

SEKUNDARNI VIRI ELI-ALPS PREVZEM V OBRATOVANJE DOSTOP ZA UPORABNIKE GHHG HR1 IN 2 GAS (LTA4) avgust 2018 december 2021 (HR1) julij 2021 (HR2) GHHG HR1 IN 2 CONDENSED (LTA3) oktober 2020 december 2021 (HR1) julij 2021 (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) marec 2020 julij 2021 GHHG SYLOS LONG (LTA1) januar 2021 februar 2022 SHHG SYLOS (MTA) november 2021 januar 2023 SHHG HF (HTA) junij 2022 januar 2023 MIR HE GENERATED ATTO – PREDVIDENA NADGRADNJA januar 2023 april 2023 SPEKTROSKOPIJA THZ (THZ) oktober 2019 februar 2020 VISOKOENERGIJSKI THZ (THZ) julij 2021 december 2021 ELECTRON – SYLOS (MTA) december 2021 april 2022 ELECTRON PW – PREDVIDENA NADGRADNJA (HTA) januar 2023 april 2023 IONSKI SNOP – MOREBITNA NADGRADNJA september 2023 december 2024





Preglednica 4

Mejniki eksperimentalnih postaj ELI-ALPS

EKSPERIMENTALNE POSTAJE ELI-ALPS PREVZEM V OBRATOVANJE DOSTOP ZA UPORABNIKE REAKCIJSKI MIKROSKOP junij 2021 september 2021 KONČNA POSTAJA SPEKTROMETRA VMI avgust 2020 oktober 2020 POSTAJA S KONDENZIRANO SNOVJO december 2019 junij 2020 (samostojna) julij 2021 (atosekundna) SPEKTROMETER Z MAGNETNO POSODO E april 2021 december 2021 NANOZNANOST IN NANOFABRIKACIJA junij 2018 december 2019 BETATRONSKO SLIKANJE – PREDVIDENA NADGRADNJA april 2023 december 2023 NADZORNA POSTAJA ZA KEMIČNE REAKCIJE junij 2020 avgust 2020 KONČNA POSTAJA ZA TEKOČI CUREK april 2022 avgust 2022 VEČDIMENZIONALNA SPEKTROSKOPIJA (FEMTOBIOLOGIJA) – PREDVIDENA NADGRADNJA avgust 2021 december 2021 POSTAJA ZA FIZIKO VELIKIH POLJ (CILJNO OBMOČJE PW) december 2022 februar 2023 RADIOBIOLOGIJA/BIOMEDICINA avgust 2018 februar 2020

V zgornji preglednici so navedene postaje, ki naj bi bile v naslednjih letih v okviru dostopa za uporabnike na voljo ELI ERIC. To so ključni tehnični mejniki za ELI-ALPS in Madžarsko kot gostiteljico ELI ERIC. Pričakuje se, da bodo postaje na voljo ob različnih časih. Ko bo v okviru dostopa za uporabnike na voljo zadnja eksperimentalna postaja, se bo štelo, da je objekt v načinu ustaljenega delovanja. Poleg tega so v zgornji preglednici predstavljene predvidene nadgradnje objekta, ki bodo predmet prihodnjega pregleda in premislekov ELI ERIC.

Ko bodo v obratovanje prevzeti primarni viri laserja in pospeševalnika, bodo pri opredelitvi virov in končanju gradnje eksperimentalnih postaj pomagale prve skupine uporabnikov. Te dejavnosti se upravljajo in začnejo neposredno prek ELI-ALPS. Ker sta prva laserja (MIR in HR1) postala operativna ob koncu leta 2017, je bil dostop za pomoč pri prevzemu v obratovanje že zagotovljen prvi mednarodni skupini uporabnikov za prevzem v obratovanje (FORTH iz Grčije, ETH Zürich, CEA iz Francije, hebrejska univerza, Univerza v Freiburgu, Aarhuška univerza, Univerza Limoges, MPQ Garching, Univerza Friedricha Schillerja v Jeni, Kwangjuški inštitut znanosti in tehnologije iz Južne Koreje, Wignerjev raziskovalni inštitut iz Madžarska).

Ko vsaka eksperimentalna postaja preide v obratovanje in se začne uporabljati ob podpori delujočega primarnega vira in/ali sekundarnega vira, se lahko začne program dostopa za uporabnike, ELI ERIC pa lahko začne sprejemati predloge za te postaje.

Preverjanje in sprejemanje posamezne eksperimentalne postaje se bo spremljalo, z uradnim pregledom operativne sprejemljivosti, ki ga bodo izvedli neodvisni strokovnjaki, strokovnjaki iz ELI-ALPS in strokovnjaki iz drugega objekta ELI, pa se bo potrdila pripravljenost uporabnikov ter pripravilo uradno priporočilo za ISTAC in generalno skupščino ELI ERIC.

4.3. Dostop za uporabnike in načini delovanja

Način dostopa bo znan uporabnikom drugih vodilnih laserskih in raziskovalnih objektov. Pričakuje se, da se bodo poskusi izvajali nekaj dni in v nekaterih primerih nekaj tednov. Splošen cilj objekta je, da bo razpoložljiv [220 dni/leto × 8 ur/dan], kar je skupaj 1 760 ur/leto.

4.4. Vidiki v zvezi z delovanjem in odnosom med ELI ERIC in ELI-ALPS

ELI ERIC je pooblaščen za upravljanje dostopa do objekta ELI-ALPS, ko je ta dan na voljo, fizični obrat objekta pa je v lasti družbe ELI-HU Non-Profit Ltd. (ELI-HU), ki ga na začetku neposredno upravlja. Družba je raziskovalna organizacija za namene pravil o državne pomoči za raziskave in razvoj.

Poleg zgoraj navedenih pomembnih tehničnih in znanstvenih mejnikov obstajajo tudi organizacijski mejniki, povezani s splošno vključitvijo ELI-ALPS v ELI ERIC. Ti organizacijski vidiki so navedeni v preglednici v nadaljevanju.

Preglednica 5

Predvideni organizacijski mejniki v zvezi s prehodom ELI-ALPS

MODEL POVEZANE ORGANIZACIJE ELI-ALPS 2020 2021 2022 UPRAVLJANJE X X X ZNANSTVENA POLITIKA X X X DOSTOP ZA UPORABNIKE — X X PRORAČUN — X X POLITIKA ZAPOSLOVANJA — — X TEHNOLOŠKO UPRAVLJANJE — — X UPRAVLJANJE OBJEKTOV — — X PRAVNE ZADEVE IN ODGOVORNOST — X X UPRAVNE ZADEVE — X X

V primeru ELI-ALPS bodo dejavnosti na ELI ERIC prenesene v obdobju najmanj dveh let, pri čemer bodo nekatere dejavnosti prenesene ob koncu obdobja. Skupaj s tehničnimi mejniki, navedenimi za eksperimentalne postaje, se lahko določi skupni načrt prehoda.

V spodnji preglednici so navedeni predvideni stroški v zvezi z dostopom za uporabnike v ELI-ALPS za upravljanje objekta za ELI ERIC od obdobja 2020–2021, tj. prehodnega obdobja. To je obdobje, ko naj bi se odgovornost upravljanj odgovornosti, virov in sredstev prenesla z ELI-HU na ELI ERIC.

Preglednica 6

Predvideni stroški dostopa ELI-ALPS

(v EUR) ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Neposredni stroški osebja 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Neposredni stroški strojne opreme 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Stroški osebja in strojne opreme 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Delež stroškov osebja in strojne opreme glede na celoto 27 % 37 % 42 % 42 % Posredni stroški 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 Skupni stroški ELI-ALPS 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

Že v imenu objekta ELI-Beamlines (ELI-BL) v Dolníh Břežanyh blizu Prage (Češka republika) je poudarjena njegova zmožnost podpore več različnim poskusom številnih uporabnikov, pri čemer zagotavlja različne laserske linije. Zasnovan je tako, da zagotavlja visokoenergijske zmogljivosti z visoko frekvenco ponavljanja. Popolnoma nov objekt na enem mestu zaseda več kot 30 000 kvadratnih metrov in naj bi zaposloval približno 200–300 oseb za podporo uporabnikom.

Objekt je v lasti inštituta za fiziko češke akademije znanosti, ki objekt tudi upravlja ter ima v Češki republiki kot javna raziskovalna ustanova vso avtonomijo in je pravna oseba.

5.1. Tehnična struktura in viri

Preglednica 7

Predvideni parametri zmogljivosti za laserske vire ELI-BL

PRIMARNI LASERSKI VIRI Vršna moč Energija impulza Trajanje impulza Frekvenca ponavljanja ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, dvojna barva 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 posnetek na min L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 posnetek na min L4p ≤ 1 PW 150 J 150 fs–150 ps 1 posnetek na min Astrella 6 in 10 mJ < 20 fs 1 kHz Bio-laser 6 mJ stabilizacija CEP < 20 fs 1 kHz





Preglednica 8

Mejni datumi v zvezi z dostopom za ELI-BL

LASERSKI VIRI ELI-BL PREVZEM V OBRATOVANJE DOSTOP ZA UPORABNIKE L1 januar 2018 december 2019 (30 mJ) december 2020 (50 mJ) december 2021 (100 mJ) L2 januar 2022 junij 2022 L3 november 2017 julij 2018 (0,4 PW) december 2019 (1 PW) L4F september 2018 junij 2020 L4N september 2018 januar 2021 L4P junij 2022 december 2022 ASTRELLA februar 2018 april 2018 BIO-LASER april 2018 junij 2018

Velik poudarek je na možni uporabi na različnih področjih družbenega pomena, na primer v medicini ali biologiji. ELI-BL skupaj s povezanim centrom HiLASE (ki je v lasti in upravljanju inštituta za fiziko češke akademije znanosti), ki je namenjen razvoju in prenosu laserske tehnologije ter že deluje kot objekt, privlačen za podjetja in odcepljena podjetja na različnih področjih, nameščenih v tako imenovani regiji STAR (napredna regija za znanost in tehnologijo), ki obdaja objekt ELI-BL, ustvarja ugodno okolje za intenzivno sodelovanje med raziskavami in industrijo.

5.2. Eksperimentalne postaje

Slika 3

Načrt eksperimentalnih postaj ELI-BL

Ultrakratki in ultraintenzivni impulzi svetlobe ter delci, ki nastanejo z interakcijo s trdnimi in plinastimi ciljnimi materiali, bodo omogočili širok spekter projektov na področju temeljnih in uporabnih raziskav na področju kemije, biologije, medicinskih tehnologij in razvoja novih materialov ter na drugih področjih. Raziskovalne dejavnosti v objektu ELI-BL so razporejene v šestih eksperimentalnih dvoranah.

Preglednica 9

Sekundarni viri/snopi in mejniki v zvezi z ELI-BL

SEKUNDARNI VIRI ELI-BL VIR PREVZEM V OBRATOVANJE DOSTOP ZA UPORABNIKE E1: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV HHG februar 2018 januar 2019 E1: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV PXS marec 2018 april 2019 E2: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV Betatron junij 2019 november 2019 E2: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV – FINANCIRANA NADGRADNJA Compton januar 2020 december 2020 E5: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV ZA LASERSKO ONDULACIJO LUIS marec 2019 junij 2020 E4: POSPEŠEVANJE IONOV ELIMAIA november 2018 oktober 2019 E5: POSPEŠEVANJE ELEKTRONOV HELL januar 2019 marec 2020





Preglednica 10

Eksperimentalne postaje in mejniki ELI-BL

EKSPERIMENTALNE POSTAJE ELI-BL POSTAJA PREVZEM V OBRATOVANJE DOSTOP ZA UPORABNIKE E1: UPORABA NA PODROČJU MATERIALOV IN BIOMOLEKULARNA UPORABA MAC april 2018 januar 2019 E1: UPORABA NA PODROČJU MATERIALOV IN BIOMOLEKULARNA UPORABA Trex junij 2018 maj 2019 E1: UPORABA NA PODROČJU MATERIALOV IN BIOMOLEKULARNA UPORABA SRS junij 2018 marec 2019 E1: UPORABA NA PODROČJU MATERIALOV IN BIOMOLEKULARNA UPORABA ELIps september 2018 marec 2019 E2: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV – FINANCIRANA NADGRADNJA Comptonova postaja julij 2021 julij 2022 E5: VIRI RENTGENSKIH ŽARKOV ZA LASERSKO ONDULACIJO Postaja LUIS marec 2019 junij 2021 E3: PLATFORMA FIZIKE PLAZME P3 september 2018 oktober 2020 E4: POSPEŠEVANJE IONOV ELIMED november 2018 januar 2021 E5: POSPEŠEVANJE ELEKTRONOV Postaja ELBA januar 2019 julij 2021

V eksperimentalni dvorani E1 gostujejo sekundarni laserski viri in eksperimentalne končne postaje za uporabe v molekularni znanosti, biomedicini in znanosti materialov. Pri poskusih se bodo uporabljali sinhronizirani laserski fotonski žarki v vakuumskem ultravijoličnem in trdem rentgenskem območju (visoki harmonični vir – kiloherčni vir ultrakratkih ekstremnih ultravijoličnih impulzov, generiranih v koherentnem žarku z nizko divergenco, in plazemski rentgenski vir – femtosekundni impulzi rentgenskega sevanja v razponu spektra 4–30 keV).

Med instrumenti so:

— MAC: večnamenska komora za atomske, molekularne in optične znanosti ter koherentno difrakcijsko slikanje;

— ELIps: vakuumski ultravijolični elipsometer za poskuse sub-ps; končna postaja za vakuumske ultravijolične in mehke rentgenske materiale;

— končna postaja za trde rentgenske žarke: modularna postaja za časovno rešene poskuse, kot so sipanje, difrakcija, spektroskopija in slikanje z rentgenskimi žarki;

— optične sonde in črpalni žarki: napredna postaja za optično spektroskopijo, vključno s stimuliranim Ramanovim sipanjem; vir široke palete sinhroniziranih črpalnih žarkov od ultravijoličnih do infrardečih in teraherčnih.

Eksperimentalna dvorana E2 je namenjena ultrahitrim in svetlim trdim rentgenskim žarkom. Laser razreda PW bo na voljo pri frekvenci ponavljanja 10 Hz. Prilagoditi je mogoče niz parametrov, vključno z intenziteto laserja, velikostjo in trajanjem laserskih točk ter gostoto elektronov v plinu. Elektroni se pospešujejo do relativnostnih energij, njihovo gibanje pa povzroči sama plazma (betatronski vir) ali sekundarni laserski impulz (comptonov vir). Vir velikosti mikrona oddaja intenzivne femtosekundne rentgenske žarke ali žarke gama. Uporabniki lahko zahtevajo ozek spekter (10-odstotno širjenje energije) ali široko sevanje v razponu spektra od keV do nekaj MeVs.

Platforma za fiziko plazme v eksperimentalni dvorani E3 je večnamenska eksperimentalna infrastruktura, namenjena izvajanju raziskav na področju interakcije med laserjem in plazmo ter laserjem in snovi, zlasti v zvezi z naslednjimi temami:

— fizika visoke energijske gostote (HEDP),

— topla gosta snov (WDM),

— plazemska optika (PO),

— laboratorijska astrofizika (LA),

— ultra visokointenzivna interakcija (UHI).

Eksperimentalno območje E4 uporabnikom omogoča, da preskusijo različne vzorce z laserskimi viri pospešenih ionov zaradi prenosa ionskega žarka in segmenta dozimetrije ter raziščejo inovativne sheme za lasersko pospeševanje ionov, ki jih je mogoče sprejeti v prilagodljivi komori za interakcijo. Snop ELIMAIA bo uporabnikom omogočal, da raziščejo večdisciplinarne uporabe, pri katerih se uporabljajo laserski ionski žarki, na primer v radiacijski biologiji in-vitro in v predkliničnih študijah v okviru mednarodnega sodelovanja ELIMED.

V eksperimentalni dvorani E5 je snop LUIS, namenjena pa je uporabnikom, ki jih zanima obsevanje različnih vzorcev z najnaprednejšimi tehnikami. V njej je tudi platforma ELBA, prilagodljivo eksperimentalno območje, namenjeno uporabnikom, ki želijo preskušati inovativne koncepte in uporabiti najnaprednejše tehnologije za pospeševanje elektronov z laserji na ravni več GeV.

Poleg prvotnega področja uporabe objekta ELI-BL so v zgornji preglednici predstavljene tudi že financirane okrepitve zmogljivosti in nadgradnje objekta s projekti ADONIS, HIFI in ELIBIO, ki so predmet prihodnjih pregledov in premislekov ELI ERIC.

Preverjanje in sprejemanje posamezne eksperimentalne postaje se bo spremljalo, z uradnim pregledom operativne sprejemljivosti, ki ga bodo izvedli neodvisni strokovnjaki, strokovnjaki iz ELI-BL in strokovnjaki iz drugega objekta ELI, pa se bo potrdila pripravljenost uporabnikov ter pripravilo uradno priporočilo za ISTAC in generalno skupščino ELI ERIC.

5.3. Dostop za uporabnike in načini delovanja

Način dostopa bo znan uporabnikom drugih vodilnih laserskih in raziskovalnih objektov. Pričakuje se, da se bodo poskusi izvajali nekaj dni, v nekaterih primerih pa nekaj tednov. Splošen cilj objekta je, da bo razpoložljiv [220 dni/leto × 8 ur/dan], kar je skupaj 1 760 ur/leto.

5.4. Vidiki v zvezi z delovanjem in odnosom med ELI ERIC in ELI-BL

ELI ERIC je pooblaščen za upravljanje dostopa do objekta ELI-BL, ko je ta dan na voljo, fizični obrat objekta pa je v lasti družbe inštituta za fiziko češke akademije znanosti, ki ga na začetku neposredno upravlja ter je v Češki republiki popolnoma avtonomna in pravna oseba. Družba je raziskovalna organizacija za namene države pomoči za raziskave in razvoj.

Poleg zgoraj navedenih pomembnih tehničnih in znanstvenih mejnikov obstajajo tudi organizacijski mejniki, povezani s splošno vključitvijo ELI-BL v ELI ERIC. Ti organizacijski vidiki so navedeni v preglednici v nadaljevanju in podrobno opisani v Dodatku „Model upravljanja delovanja“.

Preglednica 11

Predvideni organizacijski mejniki v zvezi s prehodom ELI-BL

POVEZANI MODEL ELI-BL 2020 2021 2022 UPRAVLJANJE X X X ZNANSTVENA POLITIKA X X X DOSTOP ZA UPORABNIKE — X X PRORAČUN — X X POLITIKA ZAPOSLOVANJA — — X TEHNOLOŠKO UPRAVLJANJE — — X UPRAVLJANJE LOKACIJE — — X PRAVNE ZADEVE IN ODGOVORNOST — X X UPRAVNE ZADEVE — X X

Češka republika se zavezuje, da bo ELI ERIC dala na voljo celotno zmogljivost objekta ELI-BL.

V spodnji preglednici so navedeni predvideni stroški ELI-BL za upravljanje objekta v zvezi z dostopom za uporabnike ELI ERIC od obdobja 2020–2021 ali prehodnega obdobja. To je obdobje, v katerem naj bi se odgovornost upravljanja odgovornosti, virov in sredstev prenesla z inštituta za fiziko češke akademije znanosti na ELI ERIC.

Preglednica 12

Predvideni stroški dostopa ELI-BL

(v EUR) ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Neposredni stroški osebja 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Neposredni stroški strojne opreme 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Stroški osebja in strojne opreme 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Delež stroškov osebja in strojne opreme glede na celoto 51 % 52 % 53 % 53 % Posredni stroški 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Skupni stroški ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. OCENJENI STROŠKI

Za opredelitev pogojev, ki so potrebni za doseganje dolgoročne trajnostnosti, je treba podrobno opredeliti stroške in možne finančne vire. Kot je določeno v Statutu ELI ERIC, se splošna načela za uporabo objektov ELI dokumentirajo v samostojni politiki, ki jo sprejme generalna skupščina, porazdelitev prispevkov članic za operativne stroške pa je določena v Prilogi II, kar pomeni tudi osnovne pogoje za preprečevanje znatnega in trajnega neravnovesja med uporabo in prispevki posamezne članice v gotovini ali naravi.

V nadaljevanju so predstavljeni osnovni elementi za opredelitev stroškov, ki jih je mogoče razvrstiti v naslednje kategorije:

1) gradnja – naložbe v osnovna sredstva (CAPEX) pred delovanjem;

2) delovanje – odhodki iz poslovanja (OPEX) medsebojno strokovno pregledanega dostopa;

3) prihodnje nadgradnje – nove naložbe (CAPEX), potrebne za izboljšanje specifikacij in razpoložljivih instrumentov v odziv na konkurenco in zahteve uporabnikov.

Poudarek naslednjega besedila je na vidikih točke 1 (gradnja) in 2 (delovanje).

6.1. Gradnja

Skupna naložba (stroški gradnje) objektov ELI bo znašala približno 556 milijonov EUR v obdobju gradnje, kot je podrobno navedeno v preglednici 13.

Preglednica 13

Stroški gradnje objekta ELI

(v tisoč EUR) POSTAVKA ELI-BL ELI-ALPS ELI STAVBA IN ZEMLJIŠČE 94 643 88 705 183 348 TEHNOLOGIJA 181 876 105 435 287 311 STORITVE 7 601 9 788 17 389 OSEBJE 41 206 27 484 68 690 SKUPAJ 325 326 231 412 556 738

Te stroške v celoti krijejo države gostiteljice s skladi ESI ter nacionalnim financiranjem na podlagi projektov, ki so jih odobrili in spremljali nacionalni organi upravljanja. Naložbe so znašale 25 % za stavbe, 65 % za tehnologijo ter 10 % za osebje in storitve. Ti stroški so z vidika ELI ERIC nevračljivi in se ne bodo upoštevali pri njegovih operativnih stroških. Začetni stroški naložbe ali gradnje se ne bodo krili s prispevki, ki so namenjeni samo začetnemu delovanju, ustaljenemu delovanju in nadgradnjam.

6.2. Delovanje

Zaveza članic gostiteljic drugim članicam, ki niso gostiteljice, omogoča, da opredelijo postopen pristop k svojim prihodnjim zavezam in dosežejo dolgoročno trajnostnost ELI ERIC na podlagi prispevkov članic:

Preglednica 14

Ocena operativnih stroškov ELI ERIC za objekte ELI

(v EUR) Operativni stroški ELI ERIC 2020 2021 2022 2023 2024 Neposredni stroški za osebje 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Neposredni stroški za strojno opremo 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Posredni stroški 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 Objekta ELI skupaj 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 Sedež ELI ERIC 500 000 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 ELI ERIC skupaj 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Vstop članic, ki niso gostiteljice, v obdobju začetnega delovanja omogoča postopno povečevanje prispevkov po vzpostavitvi ELI ERIC ter odločanje o končni stopnji in zavezah glede njihovih prispevkov kmalu po vzpostavitvi. Zgodnji vstop omogoča, da so potencialne članice vključene v oblikovanje osnovnih pravil delovanja objektov ELI s hkratnim povečevanjem finančnih obveznosti na začetku.

Zgoraj so predvideni operativni stroški ELI ERIC, prilagojeni sedanjim mejnikom. Verjetno predstavljajo zgornjo oceno glede na stroške dostopa za uporabnike v obdobju začetnega delovanja, odvisno od tega, ali so mejniki doseženi ali ne. Ocene je treba v obdobju začetnega delovanja določiti in spremljati vsako leto.

6.3. Prihodnje nadgradnje

V operativnih stroških ELI ERIC niso upoštevane prihodnje nadgradnje laserskih sistemov in objektov. Zajemajo tekoče stroške, vključno z rezervnimi deli in vzdrževanjem.

Napredni laserski sistemi se hitro razvijajo, pri čemer je splošno znano, da bo za ohranitev konkurenčnosti potreben stalni razvoj. Zato bo vodstvo ELI ERIC predlagalo posebne projekte nadgradenj, izvedeni pa bosta pet- in desetletna analiza, da bi razumeli možen razvoj dogodkov in njegove stroške. Organizirane bodo posebne kampanje za nadgradnje, s katerimi se bodo obravnavali zahteve glede kapitalskih naložb in viri.

7. RAZVOJ IN CILJI

Ekstremna svetlobna infrastruktura ERIC je pomemben razvojni dogodek, ne le za lasersko skupnost v Evropi, ampak tudi za širše evropsko raziskovalno območje. Laserska tehnologija je uveljavljeno in hkrati hitro razvijajoče se področje. S tem, ko se področje razvija, postaja pomembnejše za znanstvene uporabe in je že zelo pomembno za evropsko konkurenčnost.

Ekstremna svetlobna infrastruktura ERIC bo imela obsežne koristi za družbo na področjih, kot so izboljšana klinična terapija za zdravljenje raka, biomedicinsko slikanje ter predelava jedrskih materialov in odpadkov. Poleg tega bo ELI ERIC pomagal evropski industriji fotonike ter novim znanstvenikom in inženirjem v fotoniki in na laserskih raziskovalnih področjih zagotovil priložnosti za izobraževanje in usposabljanje.

Ekstremna svetlobna infrastruktura ERIC je bistvena za vseevropske pobude za ohranitev konkurenčnosti na zelo strateškem področju visokoenergijskih laserskih sistemov s kratkimi impulzi ter na povezanem področju znanosti in inovacij. Strma krivulja razvoja laserskih tehnologij kaže, da je področje v dobrem položaju, da v prihodnje srednje- in dolgoročno drastično zmoti obstoječe obsežne znanstvene in industrijske platforme. Preden pa se lahko to uresniči, mora ELI ERIC dokazati zmogljivost za trajnostno delovanje.

7.1. Razvoj laserske znanosti in tehnologije

Evropa je od Azije in Severne Amerike prevzela vodilno vlogo v smislu visokozmogljivih laserskih objektov in raziskovalnih centrov. Jasno je, da je v Evropi velika koncentracija, predvsem zaradi samoorganizacije različnih inštitutov in držav, ki sodelujejo v programih Evropske unije, ki so na tem področju več desetletij zagotavljali in podpirali strateški vidik.

Zaradi znanstvenega uspeha in navdušenja na področju visokozmogljivih laserskih sistemov se je v zadnjem desetletju povečalo število evropskih objektov. Čeprav obstajajo številni dejavniki, ki spodbujajo ta razvoj, je jasno vzporedno povečevanje števila nacionalnih laserskih laboratorijev v okviru evropske mreže LaserLab Europe, ki jo financira Evropska komisija (www.laserlab-europe.net). Po navedbah s spletišča konzorcij zdaj združuje 33 vodilnih organizacij na področju laserskih interdisciplinarnih raziskav iz 16 držav. Od tega 22 objektov ponuja dostop do svojih laboratorijev za raziskave v Evropi in drugod.

Slika 4

Zemljevid sveta mednarodnega odbora za ultraintenzivne laserje (ICUIL) iz leta 2016, na katerem je prikazana svetovna razsežnost laserskih objektov razreda PW

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

Zgodnji uspeh mreže LaserLab Europe je temelj za nadaljnje vzpostavljanje evropske laserske skupnosti ELI ERIC. Enako pomembno je, da bo ELI ERIC omogočil nove zmogljivosti in pritegnil pozornost drugih znanstvenih disciplin. Na podlagi uspeha nacionalnih laserskih laboratorijev so bili razviti strokovnost, znanje in potrditev koncepta za ELI ERIC. Skupnost uporabnikov se je povečala in izvedene so bile znatne naložbe, ki tudi podpirajo razvoj evropskih družb za izgradnjo ELI ERIC in drugih objektov razreda PW. Nadaljnje sodelovanje v skupnosti je ključnega pomena za nadaljnjo konkurenčnost in vodilno vlogo Evrope na tem področju.

Z odkritjem generiranja visokointenzitetnih ultrakratkih optičnih pulzov (CPA) in poznejšega optičnega parametra CPA (OPCPA) na sistemih ELI se vršna moč laserskega impulza poveča za 6–8 redov velikosti, tj. 4 rede velikosti nad ravnjo, pri kateri je energija tresenja elektronov enaka preostali masni energiji (ali 1 018 W/cm2 elektrona). To napoveduje relativnostno interakcijo laserske plazme in podatomski režim, vključno z jedrsko fiziko in fiziko delcev. Prihodnji razvoj ELI ERIC bi lahko realno konkuriral najmočnejšim pospeševalnikom na svetu ob neznatnem deležu stroškov in z bolj tradicionalnimi tehnikami, pri katerih so potrebni gradniki z visokimi pospeški za ciljno uporabo, kot je na primer sevalna terapija za tumorje v bolnišničnem okolju, kjer so prostor in stroški ključnega pomena.

Kar zadeva tehnološki razvoj, se bo ELI ERIC močno osredotočil na ključna področja sodelovanja, ki so jih opredelili ELI in vodilni partnerji v mreži LaserLab. Da bi odpravili ključna ozka grla zanesljivega in stroškovno učinkovitega delovanja sistemov in objektov razreda PW, bodo ta obravnavana v okviru industrije. To ne bo le pozitivno vplivalo na evropsko industrijo na tem področju, evropski raziskovalni prostor in sedanjo mrežo partnerjev v mreži LaserLab, temveč bo neposredno privedlo do trajnostnega delovanja objektov ELI, s čimer se bo zagotovila zanesljivost na svetovni ravni.

Slika 5

Število laserskih sistemov petavatnega razreda, ki se vsako leto vključijo v mrežo, razvrščenih po celinah, na katerih imajo ti sistemi sedež (*2)

Fizika je jasna, izziv pa je razviti tehnologijo. ELI bo v sodelovanju z industrijo in drugimi vodilnimi raziskovalnimi središči razvila več omogočitvenih tehnologij, zlasti optične sestavne dele naslednje generacije.

7.2. Organizacijski cilji ELI ERIC

7.2.1. Vzpostavitev delovanja

Združeni viri in pozornost, namenjeni ELI ERIC, bodo močno in dolgoročno vplivali na znanost na tem področju, pa tudi na tehnološki napredek. Glavni cilj pa je pragmatičen in lokaliziran: hkratno utrjevanje in združevanje upravljanja dveh objektov ter učinkovito povezovanje virov.

ELI ERIC je v skladu z Uredbo (ES) št. 723/2009 raziskovalna infrastruktura na enem mestu, ki ima poleg kraja sedeža več lokacij delovanja v državah članicah gostiteljicah. Čeprav obstajajo tudi druge znanstvene organizacije na več lokacijah, je v različnih državah vzpostavljenih zelo malo novih evropskih projektov, ki uporabljajo strukturne sklade, da bi se združili v eno raziskovalno infrastrukturo. Prav tako ni velikih laserskih objektov za uporabnike. ELI ERIC bo moral najprej zagotoviti delovanje teh objektov, preden bo lahko obravnaval širše interese. To je tehnični in vodstveni izziv.

7.2.2. Vzpostavitev sodelovanja

Drugi cilj je opredeliti priložnosti za tehnične sinergije med evropskimi vodilnimi visokozmogljivimi laserskimi centri s kratkimi impulzi. V preteklosti so visokozmogljivi laserji razreda PW težko delovali v uporabniškem okolju, težave pa so bile povezane z zanesljivostjo in drago zamenjavo sestavnih delov. Skupaj bosta že sama objekta ELI imela več kot 30 PW moči.

S partnerji v nacionalnih objektih v Franciji, Nemčiji, Španiji, Združenem kraljestvu in Italiji (vse članice mreže Laserlab Europe) bo ELI ERIC združeval največjo koncentracijo najnaprednejših visokozmogljivih laserskih objektov s kratkimi impulzi v zgodovini. Prave primerjave ni, saj je cilj vzpostaviti sodelovanje brez primere, da se opredelijo sestavni deli in procesi, ki ovirajo delovanje laserjev razreda PW, ter opredelijo rešitve in standardni pristopi k delovanju.

Pričakuje se, da bodo lahko objekti s sodelovanjem in skupaj z industrijo v nekaterih primerih znižali stroške delovanja za največ 30 % in povečali razpoložljivost za uporabnike za največ 90 % snopovnega časa. S tem se zagotavlja priložnost za uresničitev edinstvenih ekonomij obsega in področja uporabe, kar omogoča pomemben tehnološki napredek v kratkem času. Tak napredek se bo razširil po vsem svetu v celotni laserski industriji.

7.2.3. Uveljavitev ugleda

Tretji cilj je znanstveno dokazati uspešnost in potencial sistemov ELI ERIC že na začetku faze delovanja znanstvenega programa. Objekti ELI si bodo ob pomoči izkušenj drugih partnerskih objektov prizadevali, da bo do leta 2021 na voljo 80 % ocenjenega števila ur za uporabnike objekta, pri čemer bo delovalo 90 % primarnih laserskih sistemov, od katerih jih ima večina srednjo do visoko frekvenco ponavljanja.

Za primerjavo, danes najsodobnejša tehnologija za laserje razreda PW omogoča več posnetkov na uro, ELI ERIC in nekateri partnerski objekti pa si bodo prizadevali delovati pri stopnjah Hz in več Hz. To je še toliko bolj pomembno glede na to, da ELI ERIC v nekaterih primerih upravlja vodilne laserje na svetovni ravni, kar zadeva zmogljivost. Zgodnji razpisi bodo omogočili poskuse pri teh povišanih frekvencah ponavljanja s skupnim razvojem in oblikovanjem ciljev za uporabnike.

Ti poskusi ne bodo le privedli do prodornih odkritij, temveč bodo omogočili tudi svetovno rekordno uspešnost sekundarnih virov, kot je GeV-pospeševanje valov. Taki prelomni in nadzorovani poskusi v zgodnjih fazah delovanja objektov bodo skupaj z obsežnimi terenskimi dejavnostmi in dejavnostmi ozaveščanja vzbudili veliko zanimanje za ELI ERIC in lasersko znanost na splošno. To bo vplivalo na celotno lasersko znanost v Evropi in po svetu, kar bo privedlo do številnih praktičnih uporab, kot so napredne terapije za zdravljenje raka in predelava nevarnih jedrskih odpadkov. Cilj je prikazati ta potencial ter ustvariti vse večjo in trajnostno podlago za podporo ELI ERIC in celotni laserski znanosti v Evropi.

7.2.4. Vzpostavitev inovacij

Vpliv ELI ERIC na inovacije in tehnologijo laserske industrije se ne bo ustavil ob koncu faze gradnje. Sedanji izziv operativne faze je trajnostni tehnološki razvoj. ELI bo vzpostavila dolgoročne odnose z industrijskimi partnerji za reševanje težav pri javnem naročanju ključnih sestavnih delov in stalnem tehnološkem razvoju s poudarkom na trajnostnosti delovanja.

Kar zadeva odnose z industrijo, bo eden od izzivov začetek dialoga z dobavitelji, da se opredelijo omejitve pri izboljšavah proizvodov ali postopkih za zmanjšanje tveganja (velika razpoložljivost rezervnih delov, več dobaviteljev ...), zlasti z vidika dolgoročnega trajnostnega delovanja objektov ELI.

Tehnološki razvoj, ki temelji na zahtevah ELI ERIC, se bo nadaljeval v operativni fazi. Med primeri so:

— ključni optični sestavni deli za visokozmogljive laserje/laserje z visoko frekvenco ponavljanja. Optiko prenosa in izostritve ter uklonske mrežice in aktivne materiale je treba še naprej razvijati, da bodo dlje časa in za veliko število posnetkov vzdržali visokoenergijske impulze z veliko vršno močjo ter velike premere snopov;

— kratki impulzi, metrologija velikih žarkov. Potrebne so prelomne rešitve za merjenje učinkovitosti sistemov na kratkih impulzih in velikih žarkih, da se podpre razumevanje edinstvenih znanstvenih rezultatov, ki jih bo mogoče doseči v objektih ELI;

— popoln nadzor za kompleksne sisteme. Eksperimentalni sistemi morajo zagotavljati učinkovitost in nemoteno delovanje. Potrebni so inteligentni in popolnoma povezani kontrolni sistemi.

Objekti ELI bodo osredotočeni na sodelovanje z industrijskimi partnerji, ki bodo lahko v sedanjo tehnologijo vnesli inovativne rešitve. Vsebina inovacij ne bo osredotočena le na kratkoročni tehnični vidik, temveč bo obravnavala tudi vprašanja dolgoročne trajnostnosti rešitve, da se ELI ERIC zagotovijo najboljša učinkovitost, najdaljši čas delovanja in najučinkovitejši nadzor nad stroški vzdrževanja. Edinstveni znanstveni rezultati ELI ERIC bodo dolgoročno temeljili na najbolj trajnostnih tehnoloških rešitvah laserjev z veliko vršno močjo.

7.2.5. Vpliv v državah gostiteljicah

Glavni razlog za naložbe v ELI ERIC in njegovo umestitev v srednjeevropske države je vplivati na regije z raziskovalnim in tehnološkim središčem visoke vrednosti. Obstaja več študij druge raziskovalne infrastrukture, iz katerih je razvidno, da se znaten delež vplivov naložb in inovacij uresniči v oddaljenosti 100 km od objekta, kar kaže, da je bližina pomembna. Med pričakovanimi vplivi so:

— neposredni vpliv naložb – gostiteljice pričakujejo, da bodo od drugih članic prejele 50–80 % operativnih stroškov, kar pomeni, da bi morale naložbe neposredno vplivati na lokalno gospodarstvo. ELI bo te vplive spremljala in poročala o njih. Pričakuje se, da se bo vse, kar je več kot 50 % sredstev, porabilo v lokalni regiji, kar bo vplivalo na dve različni srednjeevropski območji;

— več priložnosti za nacionalne/lokalne raziskovalce – objekti ELI se nahajajo v mestih (Praga, Szeged) z univerzama. Vsaka univerza, ki se zaveda prihodnjega razvoja dogodkov v okviru ELI ERIC, je študentom in akademikom omogočila programe, da bi izkoristili bližino. V okviru tega projekta se izvajajo posebne dejavnosti, katerih cilj je doseči lokalne raziskovalce, tako da se pričakuje, da bo deset let po ustanovitvi ELI ERIC vsaka država imela vodilne raziskovalce na tem področju;

— več priložnosti za inovacije za lokalno industrijo – poleg zgoraj opisanih neposrednih naložbenih učinkov bo bližina objektov spodbudila inovacije na vsaj dva izmerljiva načina. Prvič, zmogljiva industrija bo prepoznala priložnost in proaktivno pristopila k objektu, da bo lahko prodajala proizvode ali pa poskušala razumeti, kako svojo ponudbo prilagoditi objektu. Z dogodki v okviru ozaveščanja industrije bodo skupine za javno naročanje in uradniki za zvezo z industrijo pomagali olajšati izmenjavo informacij o objektih. Poleg tega bi lahko bil na nekaterih območjih lokalni dobavitelj iz strateških razlogov ugodnejši za objekte. Razlog za to so lahko nizki stroški na območju, verjetneje pa bližina in praktičen dostop do dobaviteljev za prilagoditev tehničnih rešitev.

8. GLAVNA TVEGANJA

8.1. Analiza tveganja

Preglednica 15

Ocena tveganja na visoki ravni glede delovanja objektov ELI ERIC

Možno tveganje Verjetnost Majhna–velika (1–5) Vpliv Majhen–velik (1–5) Preprečevanje/blažitev Privabljanje osebja in konkurenčni prejemki – obstaja tveganje, da bo ELI ERIC težko privabil vodilne strokovnjake na svetovni ravni, ki bi se pridružili osebju. 4 5 Dejavno zaposlovanje, pogodbe o zaposlitvi za določen čas, raziskovalne priložnosti, pobude za kakovost življenja. Tehnično tveganje neizpolnjevanja ključnih parametrov – tveganje, da ELI ne bo dosegla nekaterih ključnih parametrov zmogljivosti, kar lahko prepreči nekatere možnosti za poskuse. 3 3 Načrtovanje in dialog s skupnostjo uporabnikov in ISTAC za upravljanje pričakovanj in določitev alternativnih prednostnih nalog v zvezi s poskusi. Zvišanje plač v prvih petih letih – plače pri ELI ERIC se bodo zaradi dinamike lokalnega trga dela znatno zvišale, in sicer 5–10 % letno. 5 3 Načrtovanje in dialog z osebjem za določitev pričakovanj. Zastarelost opreme/sestavnih delov – tehnologija na področju laserskih sistemov se bo v prihodnjem letu hitro razvila, ELI pa tvega, da ne bo konkurenčna, če ne bo stalnih naložb v osnovna sredstva. 3 4 Načrtovanje v obliki tehnološkega načrta; prizadevanje za dopolnilno financiranje. Slabe začetne izkušnje uporabnikov – škoda na začetku zaradi (a) neuspešnega delovanja objekta, (b) osebja, ki ne zagotavlja podpore, ali (c) slabega komuniciranja/upravljanja pričakovanj. To lahko med raziskovalci povzroči slaba ustna priporočila in zelo počasen začetek uporabe storitev. 3–4 4–5 Začetno tesno sodelovanje s prijaznimi uporabniki, ankete med uporabniki, načrtovanje v zvezi s koordinatorji za uporabnike, ki bodo zagotavljali receptorske storitve. Neuspešno povezovanje objektov ELI – zaradi težav pri upravljanju/vodenju se organizacijska združitev odloži ali je neuspešna. To pomeni višje stroške ter škodo za integriteto in ugled ELI ERIC. 2 5 Pozorno spremljanje upravljanja, upravljanje sprememb s podporo na visoki ravni ter delavnice za usposabljanje, namenski viri in razumna pričakovanja glede časovne razporeditve.

(1) Uredba Sveta (ES) št. 723/2009 z dne 25. junija 2009 o pravnem okviru Skupnosti za Konzorcij evropske raziskovalne infrastrukture (ERIC) (UL L 206, 8.8.2009, str. 1).

(*1) S CPA in tehnologijo laserjev na trdno snov je sedanja vršna intenzivnost presegla 1022 W/cm2. Z ELI ERIC se bo to povečalo za več kot en velikostni red. Prikazan je tudi poskus SLAC E144 (modra pika), pri katerem je bila visoka intenziteta dosežena z okrepitvijo interakcije med laserjem in snovjo v relativnostnem okviru. Z vodoravnimi črtami je označena intenziteta ponderomotivne energije Up elektrona pri (titan-safirjevem) laserju z 800 nm, kar je enako eni atomski enoti; pri čemer je Up enaka masi mirujočega elektrona; ali končnemu cilju Schwingerjeve intenzitete Y = 1, pri čemer vakuum postane nestabilen, svetloba pa se pretvori v snov. Vir: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Na grafu so zajeti operativni objekti in objekti v gradnji. Vir: J.Colier, Rutherford Central Laser Facility.