BILAGA I

TEKNISK OCH VETENSKAPLIG BESKRIVNING

1. DOKUMENTETS SYFTE OCH TILLÄMPNINGSOMRÅDE

I detta dokument beskrivs det vetenskapliga syftet samt de tekniska system som ”Extreme Light Infrastructure Eric” (ELI Eric) kommer att tillhandahålla forskare. Här beskrivs de specifika aspekterna av de anläggningar som värdländerna kommer att göra tillgängliga för ELI Eric. Detta dokument är avgörande för fastställandet av tillämpningsområdet för och definitionen av ELI Erics ”verksamhet”.

I dokumentet anges ELI Erics vetenskapliga mål och syfte. I vissa fall, där så är relevant, hänvisas det till ELI:s ”vitbok”, som är det huvudsakliga tekniska ELI-dokumentet före uppförandet. Vissa aspekter av den vision för ELI som beskrivs i det viktiga dokumentet är fortfarande relevanta, men i föreliggande dokument, och med avseende på inrättandet av ELI Eric, beskrivs bara de tekniska anläggningar som erbjuds av Eric-konsortiets grundande värdmedlemmar.

Det aktuella vetenskapliga tillämpningsområdet sammanfattas, liksom ELI-anläggningarnas tekniska aspekter. Uppgifter om budget och tidsplan för verksamhetsstarten anges också. Denna information utgör en referens för ELI Erics stadgar, särskilt artikel 22, ”Åtaganden och resurser”, och grunden för alla avtal mellan ELI Eric och ägarna av anläggningarna (värdinstitutionerna) om att ställa ELI-anläggningarna till användarnas förfogande. Därmed utgör detta dokument en viktig del av ELI Erics stadgar i samband med bildandet av ELI Eric, och är den viktigaste referensen för anläggningarnas omfattning och uppdrag.

2. INLEDNING OCH BAKGRUND

”Extreme Light Infrastructure Eric” är en internationell laseranläggning som har som mål att utveckla nya tvärvetenskapliga forskningsmöjligheter med hjälp av extremt ljus från de laserkällor med högsta möjliga toppeffekt som i nuläget finns tillgängliga för forskningsändamål. Dessa lasrar och den sekundära strålningen från dem kommer att möjliggöra upptäckter utan motstycke inom flera olika vetenskapliga discipliner samt tillämpningar av betydelse för samhället.

I överensstämmelse med rådets förordning (EG) nr 723/2009 (1) är ELI Eric en forskningsinfrastruktur som är lokaliserad på en enda plats, och som har flera operativa anläggningar i värdmedlemsstaterna, utöver den plats där sätet finns. ELI-anläggningarna kommer att vara belägna på två platser, i Tjeckien respektive Ungern. De görs tillgängliga för det internationella forskarsamfundet.

2018 års Nobelpris i fysik tilldelades Gérard Mourou och Donna Strickland för deras arbete med CPA-laserteknik (Chirped Pulse Amplification). Detta Nobelpris är speciellt på många sätt för ELI, eftersom det passande nog framhåller den bakomliggande teknik som möjliggör extremt laserljus. ELI-anläggningarna kommer att driva CPA-tekniken framåt för att möjliggöra toppeffektnivåer utan motstycke (se figur 1). Detta kan öppna dörren för en mängd olika tillämpningar för grundläggande forskning liksom för samhällsnyttor.

ELI Eric har som särskilt mål att ta itu med två ”stora utmaningar” som inledningsvis togs upp i ELI:s vitbok och som fortfarande är relevanta. Målet är att utveckla följande:

— Anläggning för energirika strålar och röntgenstrålning: ultrakorta energipartiklar (> 10 GeV) och strålningsstrålar (upp till ett fåtal MeV) som avges av kompakta laserplasmaacceleratorer.

— Attosekundvetenskap: fotografier på attosekundskalan av elektrondynamiken i atomer, molekyler, plasma och fasta ämnen.

Det rör sig närmare bestämt om följande:

— ELI-Beamlines i Dolní Břežany (i närheten av Prag), Tjeckien, som kommer att fokusera på utvecklingen av kortpulsiga, sekundära partikelstrålningskällor, och på tvärdisciplinära tillämpningar inom molekylär vetenskap, biomedicinsk vetenskap och materialvetenskap, fysiken hos täta plasmer, varm tät materia och laboratorieastrofysik. Dessutom kommer anläggningen att utnyttja sina högeffektlasrar med hög repetitionsfrekvens för experiment inom högfältsfysik, med riktade intensiteter på omkring 1023 W/cm2. för att studera exotisk plasmafysik och icke-linjära QED-effekter. — ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS) i Szeged, Ungern, där man håller på att etablera en unik anläggning med ljuskällor mellan frekvensintervallet THz (1012 Hz) och röntgenstrålning (1018 –1019 Hz) i form av ultrakorta pulser med hög repetitionsfrekvens. ELI-ALPS kommer att ägna sig åt extremt snabb dynamik genom att ta fotografier på attosekundskalan (10–18 s) av elektrondynamiken i atomer, molekyler, plasma och fasta ämnen. Vid anläggningen kommer man också att bedriva forskning med lasrar med ultrahög intensitet.

ELI-anläggningarna kommer att erbjuda några av de mest kraftfulla system med korta pulser som i nuläget finns tillgängliga. Närmare bestämt kommer ELI att bli den första infrastruktur som är avsedd för grundläggande studier av hur laser och materia interagerar inom ultrarelativistiska gränser (I > 1024 W/cm2). ELI-forskarna håller redan på att testa en ny generation av innovativa, mycket kompakta strållinjer med energetiska partikel- och strålningsstålar med en varaktighet på femtosekunder (10–15 s) och attosekunder (10–18 s).

Tack vare denna breda forskningsverksamhet förväntas ELI-anläggningarna kunna tillhandahålla betydande samhällsnyttor och stimulera innovation på medellång och lång sikt, bland annat genom förbättrade onkologibehandlingar (joniserande strålning), medicinsk och biomedicinsk bildteknik och en ny generation av fotonik, samt genom utvecklingen av nya metoder för behandling av kärnavfall genom transmutation.

Tillsammans står ELI-anläggningarna för nästan 54 000 m2 fördelade på två ställen, och 600 forskningsingenjörer, tekniker och anställda med stödfunktioner förväntas arbeta där.

Figur 1

Högsta riktade intensiteter över tid (*1)

Inledningsvis beskrev ELI:s ”vitbok”, som lades fram 2011, en vision för en anläggning som kommer att driva på utvecklingen av ”extremt ljus” och laserteknik. Denna är fortfarande lika relevant:

”Dagens mest avancerade specifikationer för högeffektslasersystem kännetecknas av en toppeffekt på mellan 1 och 2 petawatt (PW), med mycket låga repetitionsfrekvenser (under Hz), och detta har inte förändrats på mer än ett decennium (nu två). Majoriteten av högeffektsystemen kör dock fortfarande med 100 TW. ELI och tidigare nationella projekt, till exempel ILE och Vulcan-10PW, kommer att öka toppeffekten hos separata lasrar (moduler) till 10 PW eller multi-10 PW med mycket högre repetitionsfrekvenser, vilket motsvarar mer än en fördubbling av båda dessa parametrar.”

Denna vision banar vägen för att kombinerade och koherenta 100 PW-lasersystem med ännu högre effekt ska kunna utvecklas vid de framtida ELI-anläggningarna, baserat på de tekniker som börjar tillämpas för första gången vid dessa anläggningar. Sådana system möjliggör en ny slags växelverkan och gör det möjligt att för första gången gå längre än till atomfysiken för att undersöka materia på ännu lägre nivå som är relevant för kärnfysik, partikelfysik (högenergifysik) och astrofysik, områden som av tradition har studerats med högenergipartikelacceleratorer. ELI lär kunna utveckla en helt ny strategi för forskningen om grundläggande fysik. Själva kärnan i ELI utgörs av den ultrarelativistiska intensiteten hos lasrar, och arbetet bör uppnå följande resultat:

— Högsta möjliga elektromagnetiska fält.

— Möjligheten för ljus att flytta materia, elektroner och joner vid relativistisk hastighet.

— Generering av koherent eller icke koherent högenergistrålning, röntgenstrålning eller gammastrålning.

— Möjligheten att generera mycket kortare pulser än vad som i nuläget är möjligt, eventuellt till och med kortare än attosekundskalan.

Dessa fyra unika egenskaper erbjuder, separat eller kombinerat, en ny uppsättning effektfulla och strukturella dynamiska verktyg.

3. ELI-ANLÄGGNINGARNAS FÖRHÅLLANDE TILL ”EXTREME LIGHT INFRASTRUCTURE ERIC”

Tillträdet till ELI-anläggningarna kommer att präglas av konkurrens och vara internationellt och öppet för användare inom och utanför medlemsländerna på grundval av artikel 2.2 a i ELI Erics stadgar, ELI Erics tillträdesstrategi för användare som definieras i artikel 6 i stadgarna, samt de principer som fastställs i EU:s stadgar om tillträde till forskningsinfrastruktur (2). Allt ”användartillträde” måste sakkunniggranskas. ELI Eric kommer på ett integrerat sätt att säkerställa en gemensam kontaktpunkt för användare som svarar på en samlad inbjudan att lämna in projektförslag, vilket inbegriper ELI-anläggningarnas samtliga tillgängliga kapaciteter.

Ur ett vetenskapligt perspektiv är tillträdet ”öppet”, vilket innebär att ELI-anläggningarna är tillgängliga för potentiella forskare från medlemsländerna, och även från länder som inte är medlemmar. Förslagen konkurrerar med varandra. Med ”öppet” avses också att uppgifterna och den eventuella användningen av uppgifter i publikationer ska vara tillgänglig för och kunna granskas av vem som helst.

Utöver det ”öppna” tillträdet är det också möjligt att få ”särskilt” tillträde. Användaren betalar för detta, och därmed kan resultaten i form av uppgifter bli användarens egendom och ”stängda”.

Slutligen kommer det också att finnas tillträdesmöjligheter för ”uppdragsbaserade” mål. Det kan röra sig om tematiskt riktad forskning inom specifika discipliner och kan även inkludera teknikutveckling i form av innovations- och upphandlingssamarbeten. Utbildning för att öka kapaciteten är en prioriterad fråga för medlemmarna och det europeiska forskningsområdet, men kan också sträcka sig bortom medlemmarna.

Värdmedlemmarna åtar sig att göra ELI-anläggningarna tillgängliga för ELI Eric som en del av sina bidrag. Dessa naturabidrag från värdarna ligger i allmänhetens intresse och investeringskostnaderna för anläggningsarbetet amorteras inte och räknas inte med i driftskostnaderna. Begreppet tillgänglighet kräver inte, innebär inte eller exkluderar inte en fullständig eller delvis överföring av ägandet av anläggningarna. Tillgänglighet i detta särskilda sammanhang definieras och avtalas mellan ELI Eric och dess värdmedlemmar som fullständigt tillträde till, fullständig kontroll över och fullständigt ansvar för respektive anläggning. Detta regleras på juridisk väg genom specifika avtal om anläggningsdriften mellan ELI Eric och värdmedlemmen, och i förekommande fall, ägarna av ELI-anläggningarna.

Dessa avtal omfattar drift av, stöd till och förvaltning av anläggningarna, och kommer att hänvisa direkt till ELI Erics stadgar för fastställandet av den rättsliga grunden för dessa. De ska ta hänsyn till befintliga åtaganden, förpliktelser och skyldigheter, bland annat de som definieras i de europeiska struktur- och investeringsfondernas (ESI-fonderna) verkställande projekt. Avtalen beskrivs närmare i modellen för förvaltning av ELI Erics verksamhet och omfattar två slags milstolpar på området tillgänglighet:

— Tekniska milstolpar: Dessa beskrivs nedan, nämligen specifika instrumentuppsättningar och experimentstationer, i drift och redo att användas, som rekommenderas av en granskningspanel som inbegriper oberoende experter och har godkänts av ELI Erics generalförsamling.

— Organisatoriska milstolpar: De organisatoriska milstolparna definieras separat för varje ELI-anläggning.

Detta tillvägagångssätt måste överensstämma med det angivna målet i ELI Erics stadgar om att bedriva verksamhet som en enda juridisk person och utvecklas i en riktning som liknar den för andra ledande forskningsinfrastrukturer, dvs. mot att omvandlas till enda integrerad organisation med gemensam förvaltning, enligt definitionen i artikel 3.1 i ELI Erics stadgar.

I följande avsnitt finns utförliga beskrivningar av varje ELI-anläggning. Här definieras även den grundläggande vetenskapliga och tekniska karaktären hos var och en av dem. Detta utgör en viktig grund för ovannämnda tillvägagångssätt för att göra ELI-anläggningarna tillgängliga. Den tidpunkt då varje anläggning görs tillgänglig för ”användartillträde”, och dess respektive beräknade kostnader för den framtida driften under de tre första åren, fram till och med de två första åren av ”stabil verksamhet”, beskrivs också. I avsnitten beskrivs kortfattat den nuvarande rättsliga statusen för varje ELI-anläggning och hur detta kan påverka ELI Erics framtida tillträde.

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

Genom anläggningen ELI Attosecond Light Pulse Source (ELI-ALPS), i Szeged (Ungern), kommer ELI Eric att erbjuda en internationell målgrupp en mängd olika strålnings- och partikelkällor, som på ett specifikationsstabilt och driftmässigt robust sätt avger ultrakorta energetiska pulser och koherent strålning inom attosekundtidskalan (10–18 s. Anläggningen är ny och är lokaliserad på en enda plats. Den sträcker sig över mer än 24 000 kvadratmeter och förväntas sysselsätta omkring 200 anställda.

ELI-ALPS-anläggningen ägs och byggs i nuläget av ELI-HU Non-Profit Ltd (ELI-HU), ett oberoende statligt ägt och icke vinstdrivande företag, som till 90 % ägs av ungerska staten och till 10 % av lokala intressenter. ELI-HU är en helt oberoende juridisk person i Ungern.

4.1 Teknisk struktur och teknikkällor

Forskningsanläggningen ELI-ALPS i Szeged har som främsta uppdrag att göra en mängd olika källor till ultrakort ljus tillgängliga för användare inom det internationella forskarsamfundet. Laserdrivna sekundära källor som avger koherent och extremt ultraviolett strålning (XUV) och röntgenstrålning, begränsad till attosekundpulser, utgör ett av infrastrukturens större forskningsinitiativ. Anläggningens sekundära syfte är att bidra till den nödvändiga vetenskapliga och tekniska utveckling som krävs för lasrar med hög toppintensitet och hög genomsnittlig effekt.

Tabell 1

Planerade prestandaparametrar för laserkällornas lasereffekt, ELI-ALPS

PRIMÄRA LASERKÄLLOR Toppeffekt Genomsnittlig effekt Pulsenergi Pulslängd Repetitionsfrekvens ELI-ALPS HR1 > 0,13 TW > 0,16 TW 100 W 80 W > 1 mJ > 0,8 mJ < 2,2 cykler < 1,9 cykler 100 kHz HR2 > 1 TW 500 W > 5 mJ < 1,8 cykler (< 6 fs) 100 kHz MIR > 3,6 GW 15 W > 0,15 mJ < 4 cykler (< 42 fs) 100 kHz MIR HE planerad uppgradering ~ 0,5 TW 15 W ~ 15 mJ @ 3 μm ~ 20 mJ @ 1,5 μm ~ 3 cykler (30 fs) 1 kHz SYLOS2 > 5 TW 35 W > 35 mJ < 2,2 cykler (< 7 fs) 1 kHz SYLOS3 planerad uppgradering ~ 15 TW 120 W ~ 120 mJ ~ 2,5 cykler (~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 Pump > 1 TW 25 W > 500 mJ 0,5 ps 50 Hz

ELI-ALPS-infrastrukturen erbjuder användare som är verksamma inom vetenskaplig forskning och industritillämpningar primära laserpulser tillsammans med en imponerande uppsättning synkroniserade sekundära ljus- och partikelpulser. Källparametrarnas exceptionella egenskaper innefattar bland annat följande:

— Fåcykelpulser från terahertz/infrarött upp till petahertz/ultraviolett, med en imponerande repetitionsfrekvens på 10 Hz–100 kHz.

— Mjuka och hårda röntgenpulser med extremt ultraviolett ljus, på attosekundskalan, med en repetitionsfrekvens på 10 Hz–100 kHz och pulsenergier från några få μJ till mJ.

— Relativistiska och ultrarelativistiska partikelbaserade och rumsligt koherenta röntgenkällor med en varaktighet som uttrycks i femtosekunder.

— Kontrollerade ultrarelativistiska pulsformer med ultrahög kontrast vid en repetitionsfrekvens på några få Hz och kHz.

ELI-ALPS har parallellt i uppdrag att tillsammans med den andra ELI-anläggningen bidra till den tekniska utvecklingen för att utveckla lasrar med hög toppeffekt och hög genomsnittlig effekt, framför allt för attovetenskap och relevanta tillämpningar. Den parallella förekomsten av attosekundpulser och toppmoderna lasrar, inklusive lasrar med effekt i på PW-nivå, vid en och samma anläggning erbjuder unika tidsupplösta forskningsmöjligheter för både icke relativistisk och relativistisk växelverkan mellan ljus och samtliga fyra materiefaser.

ELI-ALPS-anläggningen är särskilt inriktad på att med hjälp av spridningseffekter stimulera industritillämpningar eftersom det stora forskningscentret även kan komma att påverka den närliggande regionen positivt.

Tabell 2

Milstolpar för laserkällor, ELI-ALPS

TILLGÄNGLIGHET TILL LASERKÄLLOR, ELI-ALPS DRIFTSÄTTNINGEN INLEDS ANVÄNDARTILLTRÄDE HR1 10.2017 Tillgängligt (0,8 mJ, < 1,9 cykler) 11.2021 (fullständiga specifikationer) HR2 3.2021 5.2021 MIR 10.2017 Tillgängligt MIR HE – PLANERAD UPPGRADERING 10.2022 1.2023 SYLOS2 3.2019 Tillgängligt SYLOS3 – PLANERAD UPPGRADERING 10.2022 1.2023 SYLOS EXP ALIGNMENT 12.2018 Tillgängligt HF PW 5.2018 10.2021 THZ PUMP 1.2021 3.2021

4.2. Experimentstationer

Figur 2

Layout för ELI-ALPS experimentstationer

ELI-ALPS erbjuder flera toppmoderna, ultrakorta laserpulser med hög intensitet i kombination med banbrytande sekundära källor och avancerade slutstationer för användare, som kommer att skapa en utmärkt miljö för grundläggande och tillämpad vetenskaplig forskning. Inom vissa områden kommer ELI-ALPS att vara världsledande redan från starten:

— Vetenskapen om valens- och kärnelektroner – Valens- och kärnelektrondynamiken i små system kan övervakas individuellt och kontrolleras med pulsväxelverkan som uttrycks i attosekunder.

— Visualisering av ultrasnabb dynamik och korrelationseffekter – Genom att kombinera källor med ultrakorta pulser och korta våglängder blir det möjligt att visualisera laddningsdynamik i komplexa och (mycket) korrelerade system.

— Ultrasnabb ytdynamik och dynamik hos kondenserad materia – Toppmoderna källor med hög repetitionsfrekvens som uttrycks i attosekunder tillsammans med en sofistikerad NanoEsca-slutstation för användarna innebär unika möjligheter inom ytvetenskap och vetenskapen om kondenserad materia.

— Attovetenskap om plasma – Relativistiska fåcykelpulser eller PW-pulser med bättre rumslig och tidsmässig kontrast kan användas för att undersöka, optimera och tillämpa subcykelutsläppsprocesser för att undersöka relativistisk ytdynamik, relativistisk pulsformning, radiobiologi etc.

— Forskning om THz-strålning – Ultrakorta Thz-källor med hög intensitet, där de elektriska fälten har en aldrig tidigare skådad maximal fältstyrka (upp till 5 MV/cm) och 1 mJ pulsenergi kommer att finnas tillgänglig inom frekvensintervallet 0,1–2 THz.

Den unika kombinationen av strålningskällor med hög repetitionsfrekvens vid ELI, som omfattar det elektromagnetiska spektrumet från röntgenstrålning till det bortersta intervallet av infrarött och THz, gör denna anläggning mycket attraktiv för forskning om komplexa tillämpade system. Områdena för tillämpad forskning inkluderar nya attosekundkällor, nya partikelkällor, nanoteknik, kulturarv, biologisk bildteknik och biomedicinska tillämpningar, som avancerad faskontrasttomografi och multidimensionell spektroskopi.

Tabell 3

Milstolpar för sekundära källor, ELI-ALPS

SEKUNDÄRA KÄLLOR, ELI-ALPS DRIFTSÄTTNINGEN INLEDS ANVÄNDARTILLTRÄDE GHHG HR1 & 2 GAS (LTA4) 8.2018 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG HR1 & 2 CONDENSED (LTA3) 10.2020 12.2021 (HR1) 7.2021 (HR2) GHHG SYLOS COMPACT (LTA2) 3.2020 7.2021 GHHG SYLOS LONG (LTA1) 1.2021 2.2022 SHHG SYLOS (MTA) 11.2021 1.2023 SHHG HF (HTA) 6.2022 1.2023 MIR HE GENERATED ATTO – PLANERAD UPPGRADERING 1.2023 4.2023 THZ SPECTROSCOPY (THZ) 10.2019 2.2020 THZ HIGH ENERGY (THZ) 7.2021 12.2021 ELECTRON-SYLOS (MTA) 12.2021 4.2022 ELECTRON PW – PLANERAD UPPGRADERING (HTA) 1.2023 4.2023 ION BEAMLINE – POTENTIELL UPPGRADERING 9.2023 12.2024





Tabell 4

Milstolpar för experimentstationer, ELI-ALPS

EXPERIMENTSTATIONER, ELI-ALPS DRIFTSÄTTNINGEN INLEDS ANVÄNDARTILLTRÄDE REACTION MICROSCOPE 6.2021 9.2021 VMI SPECTROMETER ENDSTATION 8.2020 10.2020 CONDENSED MATTER STATION (NANOESCA) 12.2019 6.2020 (fristående) 7.2021 (med attosekund) MAGNETIC BOTTLE E SPECTROMETER 4.2021 12.2021 NANOSCIENCE & NANOFABRICATION 6.2018 12.2019 BETATRON IMAGING – PLANERAD UPPGRADERING 4.2023 12.2023 CHEMICAL REACTION CONTROL STATION 6.2020 8.2020 LIQUID JET ENDSTATION 4.2022 8.2022 MULTIDIMENSIONAL SPECTROSCOPY (FEMTOBIOLOGY) – PLANERAD UPPGRADERING 8.2021 12.2021 HIGH FIELD PHYISC STATION (PW-MÅLOMRÅDE) 12.2022 2.2023 RADIOBIOLOGY/BIOMEDICAL 8.2018 2.2020

I tabellen ovan anges de stationer som förväntas bli tillgängliga för ELI Eric som en del av ”användartillträdet” inom de kommande åren. Dessa utgör, i förhållande till ELI Eric, de kritiska tekniska milstolparna för ELI-ALPS och Ungern som värd. Stationerna förväntas bli tillgängliga vid olika tidpunkter. När den sista experimentstationen har öppnats för användartillträde kommer anläggningen att anses ha övergått till ”stabil verksamhet”. I tabellen ovan anges dessutom planerade uppgraderingar av anläggningen, som senare ska granskas och beaktas av ELI Eric.

När de primära laser- och acceleratorkällorna börjar tas i drift kommer tidiga användargrupper hjälpa till att karaktärisera källorna och färdigställa experimentstationerna. Dessa verksamheter sköts och initieras direkt via ELI-ALPS. De första lasrarna (MIR, HR1) togs i drift i slutet av 2017, och sedan dess har tillträde för stöd i samband med driftsättning redan beviljats för de första internationella användargrupperna (FORTH, Grekland; ETH Zürich; CEA, Frankrike; Hebrew University; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Aarhus Universitet; Université de Limoges; MPQ, Garching; Friedrich-Schiller-Universität Jena; Gwangju Institute of Science & Technology, Sydkorea; Wigner Research Institute, Ungern).

I takt med att varje experimentstation godkänns för driftsättning och blir körklar, understödd av en fungerande primär källa och/eller sekundär källa, kan programmet för användartillträde inledas och ELI Eric kan börja ta emot förslag för dessa stationer.

Bekräftelsen och godkännandet av varje experimentstation kommer att övervakas, och oberoende experter, experter från ELI-ALPS och experter från den andra ELI-anläggningen kommer genom en formell ”granskning av driftgodkännande” att bekräfta att anläggningen är redo att ta emot användare och lämna en formell rekommendation till Istac och ELI Erics generalförsamling.

4.3 Användartillträde och driftsätt

Tillträdesstrategin kommer att vara bekant för användare av andra ledande laser- och forskningsanläggningar. Experimenten förväntas utföras under några dagar och i vissa fall under några veckor. Sammantaget har anläggningen som mål att vara tillgänglig [220 dagar/år x 8 tim/dag] under sammanlagt 1 760 tim/år.

4.4 Driftrelaterade aspekter och förbindelserna mellan ELI Eric och ELI-ALPS

Medan ELI Eric har i uppdrag att sköta tillträdet till ELI-ALPS-anläggningen i takt med att den görs tillgänglig ägs anläggningens fysiska lokaler och utrustning av ELI-HU Non-Profit Ltd, som förvaltar dessa inledningsvis. Den är att betrakta som ”forskningsorganisation” vad gäller regler för statligt stöd till forskning och utveckling.

Utöver de viktiga tekniska och vetenskapliga milstolpar som anges ovan finns det också organisatoriska milstolpar som hör ihop med den övergripande integrationen av ELI-ALPS i ELI Eric. Dessa organisatoriska milstolpar anges i tabellen nedan.

Tabell 5

Beräknade milstolpar för den organisatoriska överföringen, ELI-ALPS

INTEGRERAD ORGANISATIONSMODELL, ELI-ALPS 2020 2021 2022 STYRNING X X X FORSKNINGSSTRATEGI X X X ANVÄNDARTILLTRÄDE — X X BUDGET — X X ANSTÄLLNINGSSTRATEGI — — X TEKNIKHANTERING — — X ANLÄGGNINGSSKÖTSEL — — X RÄTTSLIGT ANSVAR — X X ADMINISTRATION — X X

När det gäller ELI-ALPS kommer verksamheterna att överföras till ELI Eric under en period av minst två år, där vissa verksamheter överförs mot slutet av perioden. Den övergripande övergångsplanen kan fastställas i kombination med de tekniska milstolpar som anges för experimentstationerna.

I tabellen nedan anges ELI-ALPS beräknade kostnader, kopplade till användartillträde, för att driva anläggningen åt ELI Eric från och med övergångsperioden 2020–2021. Under denna period kommer ansvarsområdena, resurserna och tillgångarna att överföras från ELI-HU:s till ELI Erics ledning och ansvar.

Tabell 6

Beräknade kostnader för tillträde, ELI-ALPS

(euro) ELI-ALPS 2020 2021 2022 2023 2024 Direkta personalkostnader 1 729 009 2 950 040 3 590 338 3 782 380 Direkta maskinvarukostnader 2 425 972 3 766 587 5 098 323 5 371 024 Personalkostnader + maskinvarukostnader 4 154 981 6 716 627 8 688 661 9 153 404 Personalkostnader + maskinvarukostnader, totalt i % 27 % 37 % 42 % 42 % Indirekta kostnader 11 249 019 11 281 373 12 194 339 12 846 596 Totala kostnader ELI-ALPS 15 404 000 17 998 000 20 883 000 22 000 000

5. ELI BEAMLINES (ELI-BL)

Anläggningen ELI-Beamlines (ELI-BL) i Dolní Břežany, i närheten av Prag (Tjeckien), framhåller till och med sitt namn sin kapacitet att stå värd för flera olika experiment för en mängd olika användare genom att erbjuda tillgång till olika laserlinjer. Anläggningen har utformats för att erbjuda resurser med höga energier och höga repetitionsfrekvenser. Den är ny och är lokaliserad på en enda plats. Området täcker mer än 30 000 kvadratmeter och anläggningen förväntas sysselsätta omkring 200–300 anställda i form av stödpersonal.

Anläggningen ägs och sköts av Tjeckiska vetenskapsakademins fysikinstitut, som är en helt oberoende juridisk person i Tjeckien och en offentlig forskningsinstitution.

5.1 Teknisk struktur och teknikkällor

Tabell 7

Planerade prestandaparametrar för laserkällor, ELI-BL

PRIMÄRA LASERKÄLLOR Toppeffekt Pulsenergi Pulslängd Repetitionsfrekvens ELI-BL L1 > 5 TW 100 mJ < 20 fs 1 kHz L2 OPCPA, tvåfärg 100 TW ≥3J OPCPA/1mJ MIR ≤ 20 fs 20 Hz L3 ≥ PW ≥ 30 J ≤ 30 fs 10 Hz L4f 10 PW ≥ 1,5 kJ ≤ 150 fs 1 skott i minuten L4n ≥ 1,5 kJ ns 1 skott i minuten L4p ≤1 PW 150 J 150 fs–150 ps 1 skott i minuten Astrella 6 & 10 mJ 20 fs 1 kHz Bio-laser 6 mJ CEP-stabilisering 20 fs 1 kHz





Tabell 8

Strållinjernas milstolpedatum för tillträde, ELI-BL

LASERKÄLLOR, ELI-BL DRIFTSÄTTNINGEN INLEDS ANVÄNDARTILLTRÄDE 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

Det finns ett tydligt fokus på möjliga tillämpningar inom olika områden av samhällsbetydelse, till exempel medicin eller biologi. ELI-BL skapar tillsammans med det anslutna HiLASE-centret (som också ägs och sköts av Tjeckiska vetenskapsakademins fysikinstitut), som är inriktat på utveckling och överföring av laserteknik och som redan lockar till sig företag och sidoprojekt inom olika områden inom den så kallade STAR-region (STAR, Science and Technology Advanced Region) som ELI-BL-anläggningen ligger i, en gynnsam miljö för intensivt samarbete mellan forskning och näringsliv.

5.2 Experimentstationer

Figur 3

Layout för ELI-BL:s experimentstationer

De ultrakorta och ultraintensiva ljuspulserna och de partiklar som genereras genom växelverkan med fasta och gasformiga målmaterial kommer att möjliggöra ett brett spektrum av projekt inom grundläggande och tillämpad forskning, bland annat kemi, biologi, medicinteknik och utveckling av nya material. Forskningsverksamheten vid ELI-BL-anläggningen bedrivs i sex experimenthallar.

Tabell 9

Sekundära källor/strållinjer och milstolpar, ELI-BL

SEKUNDÄRA KÄLLOR, ELI-BL KÄLLA DRIFTSÄTTNINGEN INLEDS ANVÄNDARTILLTRÄDE E1: RÖNTGENKÄLLOR HHG 2.2018 1.2019 E1: RÖNTGENKÄLLOR PXS 3.2018 4.2019 E2: RÖNTGENKÄLLOR Betatron 6.2019 11.2019 E2: RÖNTGENKÄLLOR – FINANSIERAD UPPGRADERING Compton 1.2020 12.2020 E5: LASERUNDULATOR, RÖNTGENKÄLLOR LUIS 3.2019 6.2020 E4: JONACCELERATION ELIMAIA 11.2018 10.2019 E5: ELEKTRONACCELERATION HELL 1.2019 3.2020





Tabell 10

Milstolpar och experimentstationer, ELI-BL

EXPERIMENTSTATIONER, ELI-BL STATION DRIFTSÄTTNINGEN INLEDS ANVÄNDARTILLTRÄDE E1: MATERIELLA OCH BIOMOLEKYLÄRA ANVÄNDNINGSOMRÅDEN MAC 4.2018 1.2019 E1: MATERIELLA OCH BIOMOLEKYLÄRA ANVÄNDNINGSOMRÅDEN Trex 6.2018 5.2019 E1: MATERIELLA OCH BIOMOLEKYLÄRA ANVÄNDNINGSOMRÅDEN SRS 6.2018 3.2019 E1: MATERIELLA OCH BIOMOLEKYLÄRA ANVÄNDNINGSOMRÅDEN ELIps 9.2018 3.2019 E2: RÖNTGENKÄLLOR – FINANSIERAD UPPGRADERING Compton-stationen 7.2021 7.2022 E5: LASERUNDULATOR, RÖNTGENKÄLLOR LUIS-stationen 3.2019 6.2021 E3: PLATTFORM FÖR PLASMAFYSIK P3 9.2018 10.2020 E4: JONACCELERATION ELIMED 11.2018 1.2021 E5: ELEKTRONACCELERATION ELBA-stationen 1.2019 7.2021

I experimenthall E1 finns laserdrivna sekundära källor och experimentella slutstationer för tillämpningar inom molekylärvetenskap, biomedicinsk vetenskap och materialvetenskap. Vid experimenten används synkroniserade laserfotonstrålar i VUV-intervallet och det hårda röntgenstålningsintervallet (högharmonisk källa – en kHz-källa med ultrakorta EUV-pulser som avges i en koherent stråle med låg divergens och plasmabaserade röntgenkällor – femtosekundpulser med röntgenstrålning i spektrumintervallet 4–30 keV).

Instrumenten inkluderar följande:

— MAC: En kammare med flera användningsområden för atomvetenskap, molekylär vetenskap och optisk vetenskap samt koherent diffraktiv bildteknik.

— ELIps: VUV-ellipsometer för sub-ps-experiment. Slutstation med material för VUV och mjuk röntgenstrålning.

— Slutstation för hård röntgenstrålning: En modulär station för tidsupplösta experiment, såsom spridning, diffraktion, spektroskopi och bildteknik där röntgenstrålning används.

— Optiska sonder och pumpstrålar: En avancerad station för optisk spektroskopi, inklusive stimulerad Ramanspridning. Källa till en bred uppsättning synkroniserade pumpstrålar från UV till infrarött och THz.

Experimenthallen E2 används för ultrasnabba och ljusa, hårda röntgenstrålar. En laser i PW-klass kommer att finnas tillgänglig med en repetitionsfrekvens på 10 Hz. Ett antal parametrar kan justeras, däribland laserintensitet, laserpunktsstorlek och -varaktighet, liksom gasens elektrondensitet. Elektronerna accelereras till relativistiska energier och själva plasman (Betatron-källa) eller av en andra laserpuls (Compton-källa) gör att de rör på sig. Intensiva röntgenstrålar eller gammastrålningsstrålar som uttrycks i femtosekunder avges av en källa i mikronstorlek. Användarna kan efterfråga smalspektrumstrålning (10 % energispridning) eller bredbandsstrålning i ett spektralområde från keV till några nå MeV.

Den plattform för plasmafysik som finns i experimenthall E3 är en multifunktionell experimentell infrastruktur som är avsedd för forskning om laser-/plasmaväxelverkan och laser-/materiaväxelverkan, främst om följande ämnen:

— Högenergidensitetsfysik.

— Varm tät materia.

— Plasmaoptik.

— Laboratorieastrofysik.

— Växelverkan med ultrahög intensitet.

I experimenthall E4 kan användarna testa olika provstycken med laseraccelererade jonkällor på grund av dess jonstråletransport- och dosimetrisektion, liksom studera innovativa system för laserdriven jonacceleration som kan utföras i den flexibla kammaren för växelverkan. Strållinjen ELIMAIA kommer att göra det möjligt för användarna att studera tvärvetenskapliga tillämpningar med hjälp av laserdrivna jonstrålar, såsom strålningsbiologi in-vitro och prekliniska studier inom det internationella samarbetet ELIMED.

Experimenthall E5 innehåller strållinjen LUIS och är avsedd för användare som är intresserade av strålbehandling av olika provstycken med hjälp av de senaste teknikerna. Här finns även plattformen ELBA, ett flexibelt experimentområde som är avsett för användare som vill testa innovativa koncept och använda de senaste teknikerna för att accelerera elektroner med lasrar på multi-GeV-nivåer.

Till skillnad från det ursprungliga tillämpningsområdet för ELI-BL visas i tabellen ovan dessutom de kapacitetsförbättringar och uppgraderingar av anläggningen som redan har finansierats genom de särskilda projekten ADONIS, HIFI och ELIBIO, och som senare ska granskas och beaktas av ELI Eric.

Bekräftelsen och godkännandet av varje experimentstation ska övervakas och en formell ”granskning av godkännande av driften” som utförs av oberoende experter, experter från ELI-BL och experter från den andra ELI-anläggningen ska bekräfta att anläggningen är redo för användarna och lämna en formell rekommendation till Istac och till ELI Erics generalförsamling.

5.3 Användartillträde och driftsätt

Tillträdesstrategin kommer att vara bekant för användare av andra ledande laser- och forskningsanläggningar. Experimenten förväntas utföras under några dagar och i vissa fall under några veckor. Sammantaget har anläggningen som mål att vara tillgänglig [220 dagar/år x 8 tim/dag] under sammanlagt 1 760 tim/år.

5.4 Aspekter som rör verksamheten och förbindelserna mellan ELI Eric och ELI-BL

Medan ELI Eric har i uppdrag att sköta tillträdet till ELI BL-anläggningen i takt med att den görs tillgänglig ägs anläggningens fysiska lokaler och utrustning och kommer direkt i början att förvaltas av Tjeckiska vetenskapsakademins fysikinstitut, som är en helt oberoende juridisk person i Tjeckien. Detta är en ”forskningsorganisation” som är inriktad på statligt stöd till forskning och utveckling.

Utöver de viktiga tekniska och vetenskapliga milstolpar som anges ovan finns det också organisatoriska milstolpar som har koppling till den övergripande integrationen av ELI-BL i ELI Eric. Dessa organisatoriska milstolpar anges i tabellen nedan och beskrivs i bilagan, ”Modell för förvaltning av verksamheten”

Tabell 11

Beräknade milstolpar för den organisatoriska övergången, ELI-BL

INTEGRERAD MODELL, ELI-BL 2020 2021 2022 STYRNING X X X FORSKNINGSSTRATEGI X X X ANVÄNDARTILLTRÄDE — X X BUDGET — X X ANSTÄLLNINGSSTRATEGI — — X TEKNIKHANTERING — — X ANLÄGGNINGSSKÖTSEL — — X RÄTTSLIGT ANSVAR — X X ADMINISTRATION — X X

Tjeckien åtar sig att ställa göra kapacitet vid ELI-BL-anläggningen tillgänglig för ELI Eric.

I tabellen nedan anges de beräknade kostnaderna för ELI-BL:s drift av anläggningen när det gäller användartillträde för ELI Eric från och med perioden 2020–2021, eller ”övergångsperioden”. Under denna period kommer ansvarsområdena, resurserna och tillgångarna att överföras från Tjeckiska vetenskapsakademins fysikinstitut till ELI Erics ledning och ansvar.

Tabell 12

Beräknade tillträdeskostnader, ELI Beamlines

(euro) ELI-BL 2020 2021 2022 2023 2024 Direkta personalkostnader 4 892 490 5 577 230 5 928 203 5 936 667 Direkta maskinvarukostnader 7 831 675 7 565 111 7 428 934 7 439 541 Personalkostnader + maskinvarukostnader 12 724 165 13 142 341 13 357 138 13 376 209 Personalkostnader + maskinvarukostnader, totalt i % 51 % 52 % 53 % 53 % Indirekta kostnader 12 342 835 11 999 659 11 856 862 11 873 791 Totala kostnader ELI-BL 25 067 000 25 142 000 25 214 000 25 250 000

6. BERÄKNADE KOSTNADER

För att definiera de villkor som krävs för att uppnå långsiktig hållbarhet måste kostnaderna och de möjliga finansiella källorna beskrivas. Såsom anges i ELI Erics stadgar ska de allmänna principerna för användning av ELI-anläggningarna dokumenteras i en fristående strategi som ska godkännas av generalförsamlingen. Medlemsbidragens proportionella andel för att täcka driftskostnaderna fastställs i bilaga II, vilket även gör att man kan undvika en betydande och varaktig obalans mellan användningen och kontant-/naturabidragen från varje medlem.

Nedan presenteras grunderna för beräkningen av kostnaderna. De kan grupperas i följande kategorier:

1) Anläggningsarbete – kapitalutgifter före verksamheten.

2) Verksamhet – driftskostnader för sakkunniggranskat tillträde.

3) Framtida uppgraderingar – nya investeringar (kapitalutgifter) som behövs för att förbättra specifikationerna och de tillgängliga instrumenten för att bemöta konkurrensen och användarkraven.

Stycket nedan fokuserar på aspekterna i punkterna 1 (anläggningsarbete) och 2 (verksamhet).

6.1 Anläggningsarbete

Den totala investeringen (byggkostnaderna) i ELI-anläggningarna kommer att uppgå till omkring 556 miljoner euro under byggperioden i enlighet med tabell 13.

Tabell 13

Byggkostnader för ELI-anläggningarna

(euro) POST ELI-BL ELI-ALPS ELI BYGGNAD + TOMT 94 643 000 88 705 000 183 348 000 TEKNIK 181 876 000 105 435 000 287 311 000 TJÄNSTER 7 601 000 9 788 000 17 389 000 PERSONAL 41 206 000 27 484 000 68 690 000 TOTALT 325 326 000 231 412 000 556 738 000

Dessa kostnader täcks helt av värdländerna, genom ESI-fonderna och nationell finansiering, baserat på de projekt som har godkänts och som övervakas av de nationella tillsynsmyndigheterna. Investeringarna har fördelats på följande sätt: 25 % till byggnader, 65 % till teknik och 10 % till personal och tjänster. Dessa kostnader motsvarar i ELI Erics mening engångskostnader och kommer inte att räknas med i ELI Erics driftskostnader. Inga inledande investerings- eller byggkostnader kommer att betalas med bidrag, eftersom dessa har reserverats för den inledande verksamheten, den stabila verksamheten och uppgraderingarna.

6.2 Verksamhet

Värdländernas åtagande gör det möjligt för andra medlemmar som inte är värdar att definiera en progressiv strategi för sina framtida åtaganden och uppnå en mer långsiktig hållbarhet för ELI Eric, baserat på medlemsstaternas bidrag:

Tabell 14

ELI Erics beräknade driftskostnader för ELI-anläggningarna

(euro) Driftskostnader, ELI Eric 2020 2021 2022 2023 2024 Direkta personalkostnader 6 621 499 8 527 271 9 518 542 9 719 048 Direkta maskinvarukostnader 10 257 647 11 331 697 12 527 257 12 810 565 Indirekta kostnader 23 591 854 23 281 032 24 051 201 24 720 387 ELI-anläggningarna, totalt 40 471 000 43 140 000 46 097 000 47 250 000 ELI Erics säte 500 000 euro 2 551 000 2 564 000 2 600 000 2 600 000 Totalt ELI Eric 500 000 43 022 000 45 704 000 48 697 000 49 850 000

Deltagande av parter som inte är värdar under den inledande verksamhetsperioden tillåter medlemmarna en progressiv höjning av bidragen efter det att ELI Eric har inrättats. Beslut om den slutliga nivån och åtagandena i fråga om deras bidrag fattas snart därefter. Det tidiga deltagandet gör att framtida medlemmar kan vara delaktiga i fastställandet av de grundläggande bestämmelserna om driften av ELI-anläggningarna, samtidigt som de finansiella åtagandena gradvis höjs.

De planerade driftskostnaderna för ELI Eric anges ovan, vilka har justerats efter de nuvarande milstolparna. De motsvarar förmodligen en högre uppskattning av kostnaderna för användartillträde under den inledande verksamhetsperioden, beroende på huruvida milstolparna uppnås eller inte. Beräkningar ska göras och övervakas årligen under den tid som den inledande verksamhetsperioden fortgår.

6.3 Framtida uppgraderingar

ELI Erics driftskostnader beaktar inte framtida uppgraderingar av lasersystemen och anläggningarna. De omfattar de löpande kostnaderna, vilket inbegriper reservdelar och underhåll.

Avancerade lasersystem utvecklas snabbt och det är allmänt känt att löpande utveckling kommer att krävas för att bibehålla konkurrenskraften. För detta ändamål kommer särskilda uppgraderingar att föreslås av ELI Erics ledning, och en analys med ett tidsperspektiv på 5 och 10 år ska utföras för att få grepp om den potentiella utvecklingen och kostnaderna för denna. Särskilda uppgraderingsinsatser kommer att anordnas för att ta itu med kapitalinvesteringskraven och deras källor.

7. UTVECKLING OCH MÅL

”Extreme Light Infrastructure Eric” är ett viktigt framsteg, inte bara för laseranvändare i Europa, utan även för det europeiska forskningsområdet som helhet. Laserteknik är både ett etablerat område och ett område som genomgår snabb utveckling. I takt med utvecklingen håller området på att få mer relevans för vetenskapliga tillämpningar, och är redan extremt viktigt för Europas konkurrenskraft.

”Extreme Light Infrastructure Eric” kommer att ge samhället stora fördelar, till exempel inom områden som förbättrade terapier för klinisk cancer, biomedicinsk bildteknik och hantering av kärnmaterial och kärnavfall. Dessutom kommer ELI Eric att stödja den europeiska fotonikindustrin och erbjuda utbildningsmöjligheter för nya forskare och ingenjörer inom forskningsområden där fotonik och laser används.

”Extreme Light Infrastructure Eric” är mycket viktigt för att europeiska initiativ ska kunna behålla konkurrenskraften inom det mycket strategiska området högeffektslasersystem med korta pulser och tillhörande vetenskapliga områden och innovationsområden. Laserteknikens branta utvecklingskurva visar att området är väl lämpat som en stark konkurrent till befintliga storskaliga vetenskapliga och industriella plattformar på medellång och lång sikt. Men innan detta ska ske måste ELI Eric visa att konsortiet kan bedriva en hållbar verksamhet.

7.1 Utveckling av laserforskning och laserteknik

Europa har gått om Asien och Nordamerika när det gäller anläggningar och forskningscenter med högeffektslasrar. Det är tydligt att en betydande koncentration är på gång i Europa, som framför allt hör ihop med att de olika institut och länder som deltar i olika EU-program, som under flera årtionden har stöttat och tillfört en strategisk aspekt till området, har organiserat sig själva.

De vetenskapliga framgångarna och entusiasmen på området högeffektslasersystem har lett till att antalet europeiska anläggningar har ökat under det senaste årtiondet. Det finns alltså ett antal olika faktorer som driver på denna utveckling, som har skett samtidigt som de nationella laserlaboratorierna inom det kommissionsfinansierade nätverket LaserLab Europe (www.laserlab-europe.net) har blivit allt fler. Enligt webbplatsen sammanför konsortiet nu 33 ledande organisationer inom laserbaserad tvärvetenskaplig forskning från 16 länder. Av dessa erbjuder 22 av anläggningarna tillträde till sina labb för forskning i Europa och på andra platser.

Figur 4

2016 års världskarta från International Committee for Ultra-Intense Lasers (ICUIL), som visar var i världen anläggningarna med lasrar i PW-klass finns belägna

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

De tidiga framgångarna med LaserLab Europe skapar en grund för ELI Erics fortsatta uppbyggnad av det europeiska laserområdet. ELI Eric kommer även att bana väg för nya kapaciteter och locka till sig uppmärksamhet från andra vetenskapliga discipliner. ELI Erics expertis, kunskap och koncept har utvecklats med utgångspunkt i de nationella laserbaserade laboratoriernas framgångar. En användargrupp har vuxit fram och betydande investeringar har gjorts, som även stöder utvecklingen av europeiska företag för uppbyggnaden av ELI Eric och andra anläggningar i PW-klass. Det är mycket viktigt att samarbetet bland användarna fortsätter så att Europa kan behålla sin konkurrenskraft och sitt ledarskap inom detta område.

I och med upptäckten av CPA (chirped pulse amplification) och senare optisk parametrisk CPA (OPCPA, optical parametric CPA) för ELI-system har laserpulsernas toppeffekt ökat med 6–8 gånger, vilket är fyra gånger mer än den nivå där elektronens energi motsvarar vilomassans energi (eller 1 018 W/cm2 av elektronen). Detta ger upphov till relativistisk växelverkan mellan laser och plasma och elementarnivån, som inbegriper kärnfysik och partikelfysik. Den framtida utvecklingen vid ELI Eric bör kunna konkurrera med världens mest kraftfulla acceleratorer till en bråkdel av kostnaden och med mer traditionella tekniker, där höga accelerationsgradienter behövs inom riktade tillämpningar, till exempel strålningsterapi av tumörer i sjukhusmiljöer, där utrymmet och kostnaderna är en avgörande faktor.

När det gäller teknisk utveckling kommer ELI Eric i hög grad att fokusera på de kritiska samarbetsområden som har identifierats av ELI och ledande parter i LaserLab. Man kommer att försöka avlägsna viktiga hinder för en tillförlitlig och kostnadseffektiv drift av system och anläggningar i PW-klassen i samarbete med näringslivet. Detta kommer inte bara att påverka det berörda europeiska näringslivet, det europeiska forskningsområdet och det nuvarande nätverket av partner i LaserLab positivt, utan även direkt leda till en hållbar verksamhet vid ELI-anläggningarna och säkerställa tillförlitlighet i världsklass.

Figur 5

Antal lasersystem med effekt på petawatt-nivå som respektive år blir tillgängliga för användare, sorterade utifrån den kontinent där dessa system finns (*2)

Fysiken är uppenbar – utmaningen ligger i att utveckla tekniken. Ett antal möjliggörande tekniker kommer att utvecklas av ELI i samarbete med näringslivet och andra ledande forskningscenter, i synnerhet nästa generations optiska komponenter.

7.2 ELI Erics organisatoriska mål

7.2.1 Inrätta verksamheten

ELI Erics kombinerade resurser och uppmärksammandet av forskningskonsortiet kommer att ha en djupgående och långsiktig inverkan på forskningen inom området, liksom på den tekniska utvecklingen. Det första målet är dock pragmatiskt och har en lokal aspekt: att samtidigt upprätta och slå samman förvaltningen av två anläggningar och att integrera resurserna på ett effektivt sätt.

I överensstämmelse med förordning (EG) nr 723/2009 är ELI Eric en forskningsinfrastruktur som är lokaliserad på en enda plats, och som har flera operativa anläggningar i värdmedlemsstaterna, utöver den plats där sätet finns. Det finns andra vetenskapliga organisationer vars anläggningar är lokaliserade på olika orter, men mycket få nya europeiska projekt har byggts upp i olika länder med hjälp av strukturfonder i syfte att slås samman till en enda forskningsinfrastruktur. Det finns inte heller några stora laserbaserade användaranläggningar. ELI Eric måste få dessa anläggningar att påbörja sin verksamhet innan man kan ta itu med bredare intressen, vilket både är en teknisk och förvaltningsrelaterad utmaning.

7.2.2 Inrätta samarbeten

Det andra målet är att identifiera möjligheter för tekniska synergier mellan Europas ledande center med högeffektlaser med korta pulser. Historiskt sett har högeffektslasrar i PW-klass varit svåra att driva i en användarmiljö och man har haft problem med tillförlitlighet och dyra reservdelar. Tillsammans kommer ELI-anläggningarna ensamma ha en effekt på mer än 30 PW.

Med partner vid nationella anläggningar i Frankrike, Tyskland, Spanien, Förenade kungariket och Italien (samtliga är medlemmar i Laserlab Europe) kommer ELI Eric att sammanföra den största koncentrationen av de mest avancerade anläggningarna med högeffektslaser med korta pulser någonsin. Det finns egentligen inget att jämföra det eftersom ambitionen är att skapa ett samarbete utan motstycke för att identifiera vilka komponenter och processer som hindrar driften av lasrar i PW-klassen, samt att identifiera lösningar och standardförfaranden för verksamheten.

Genom att arbeta tillsammans, och tillsammans med näringslivet, kan anläggningarna sänka driftskostnaderna med upp till 30 % i vissa fall, och öka tillgängligheten för användarna med upp till 90 % av stråltiden. Detta gör det möjligt att uppnå unika stordriftsfördelar och en unik räckvidd, liksom att snabbt göra avsevärda tekniska framsteg. Dessa framsteg kommer att påverka hela den globala laserindustrin.

7.2.3 Få ett gott rykte

Den tredje ambitionen är att på vetenskaplig väg demonstrera vad ELI Erics system har för prestanda och potential tidigt under forskningsprogrammets verksamhetsfas. ELI-anläggningarna, som utgår från andra partneranläggningars erfarenheter, kommer att försöka säkerställa att 80 % av dess beräknade användartimmar ska vara tillgängliga senast 2021, med 90 % av de primära lasersystemen i drift, varav majoriteten har en hög eller medelhög repetitionsfrekvens.

Som en jämförelse erbjuder i dagsläget toppmoderna lasrar i PW-klassen flera skott i timmen, och ELI Eric och vissa partneranläggningar kommer att sträva efter att vara verksamma på Hz- och multi-Hz-frekvenser. Detta är ännu mer anmärkningsvärt med tanke på att ELI Eric i vissa fall använder världsledande laserar sett till prestanda. De tidiga ansökningsomgångarna kommer att möjliggöra experiment vid dessa högre repetitionsfrekvenser med gemensam utveckling och målproduktion för användarna.

Dessa experiment kommer inte bara att leda till banbrytande upptäckter utan även möjliggöra världens största prestanda för sekundära källor, såsom wakefield-acceleration i GeV. Sådana banbrytande kontrollerade experiment, tidigt under idrifttagandet, kommer i kombination med omfattande utåtriktad verksamhet och spridningsverksamhet att skapa ett stort intresse för ELI Eric och för laserforskningen i allmänhet. Detta kommer att påverka all laserforskning i Europa och övriga världen och leda till många praktiska tillämpningar, till exempel avancerade cancerterapier och omvandling av farligt kärnavfall. Ambitionen är att demonstrera denna potential och att skapa en växande hållbar grund till stöd för ELI Eric och all laserforskning i Europa.

7.2.4 Etablera innovation

När anläggningsstadiet har slutförts kommer ELI Erics inverkan på innovationen och tekniken inom laserindustrin inte att stanna där. I nuläget ligger verksamhetsstadiets utmaning i att uppnå en hållbar teknisk utveckling. ELI kommer att bygga upp långvariga relationer med partner från näringslivet för att ta itu med problem som rör upphandling av viktiga komponenter och kontinuerlig teknisk utveckling, och inrikta sig på verksamhetens hållbarhet.

När det gäller förbindelserna med näringslivet kommer en av utmaningarna att vara att inleda en dialog med leverantörerna för att identifiera begränsningar med koppling till produktförbättringar eller riskbegränsningsförfaranden (bra tillgång till reservdelar, flera olika leverantörer osv.), i synnerhet med tanke på att ELI-anläggningarna ska bedriva en hållbar verksamhet på lång sikt.

Den tekniska utveckling som drivs på av ELI Erics krav kommer att fortsätta under verksamhetssteget. Några exempel:

— Vikta optiska komponenter för högeffektslasrar/lasrar med hög repetitionsfrekvens. Transporten och fokuseringsoptiken, liksom diffraktionsgittren och de aktiva materialen, måste utvecklas ännu mer för att under lång tid kunna stå emot högenergipulser och pulser med höga toppeffekter, med stora stråldiametrar och under ett stort antal skott.

— Metrologi: korta pulser, stora strålar. Disruptiva lösningar för att mäta prestandan hos systemen med korta pulser och stora strålar behövs för att förbättra förståelsen av de unika vetenskapliga resultat som kommer att kunna uppnås med ELI-anläggningarna.

— Komplett styrning för komplexa system. De experimentella systemen måste garantera prestandan och en välfungerande drift. Det krävs intelligenta och helt samverkande styrsystem.

ELI-anläggningarna kommer att inrikta sig på samarbeten med partner inom näringslivet som kan skaka om den aktuella tekniken med innovativa lösningar. Det innovativa innehållet kommer inte bara att fokusera på den kortsiktiga tekniska aspekten utan även ta upp frågor som rör lösningens hållbarhet på lång sikt. Syftet är att garantera ELI Eric bästa möjliga prestanda, längsta möjliga upptid och en så effektiv kontroll som möjligt av underhållskostnaderna. ELI Erics unika vetenskapliga resultat kommer på lång sikt att baseras på de mest hållbara tekniska lösningarna för lasrar med hög toppeffekt.

7.2.5 Konsekvenser för värdländerna

En viktig anledning till att man väljer att investera i och förlägga ELI Eric till länder i Centraleuropa är att man vill låta regionerna skörda frukterna av ett mycket värdefullt forsknings- och teknikcenter. Det har i flera studier av andra forskningsinfrastrukturer visat sig att investeringarnas och innovationernas konsekvenser i hög grad åtnjuts inom ett avstånd på 100 km från anläggningen, vilket visar att närhetsaspekten är viktig. Följande konsekvenser förväntas bland annat:

— Direkta konsekvenser av investeringarna – Värdarna förväntas erhålla 50–80 % av driftskostnaderna från andra medlemmar, vilket innebär att investeringarna bör påverka den lokala ekonomin direkt. ELI kommer att övervaka och rapportera om dessa konsekvenser. Det förväntas att allt från > 50 % av detta kommer att spenderas inom den lokala regionen, dvs. två olika centraleuropeiska områden.

— Ökade möjligheter för nationella/lokala forskare – ELI-anläggningarna ligger i städer (Prag, Szeged) som har universitet. Varje universitet är medvetet om den kommande utvecklingen vid ELI Eric och har därför etablerat program för studenter och akademiker för att dra nytta av närheten. Inom ramen för detta projekt vidtas specifika åtgärder för att nå lokala forskare, så att varje land förväntas ha ledande forskare på området inom tio år från det att ELI Eric har inrättats.

— Fler innovationsmöjligheter för det lokala näringslivet – Utöver konsekvenserna av de direkta investeringar som beskrivs ovan kommer närheten till anläggningarna att driva på innovationen på åtminstone två mätbara sätt. För det första kommer driftiga näringsidkare att se möjligheterna och närma sig anläggningen proaktivt, antingen för att sälja produkter eller för att se hur de kan anpassa sitt utbud till anläggningen. Genom evenemang för att skapa kontakter med näringslivet kommer både upphandlingsgrupperna och kontaktpersonerna för näringslivet att hjälpa till med informationsutbytet om anläggningarna. Inom vissa områden kan det dessutom, av strategiska skäl, vara fördelaktigt för anläggningarna att ha en lokal leverantör. De låga kostnaderna i området kan bli avgörande, men troligtvis kommer närheten och den enkla tillgången till leverantörer för att anpassa tekniska lösningar att spela större roll.

8. CENTRALA RISKER

8.1 Riskanalys

Tabell 15

Avancerad riskbedömning av införandet av ELI Erics anläggningar

Potentiell risk Sannolikhet Låg 1–5 Hög Påverkan Låg 1–5 Hög Förhindrande/begränsning Locka till sig personal samt konkurrenskraftiga löner – Det finns en risk att ELI Eric kommer att få svårt att locka till sig ”världsledande” experter till personalstyrkan. 4 5 Aktiv rekrytering, tidsbegränsade kontrakt, forskningsmöjligheter, initiativ där ”livskvalitet” framhålls Teknisk risk att inte uppnå viktiga parametrar – Risk att ELI inte kommer att uppnå vissa viktiga prestandaparametrar, vilket kan förhindra vissa experimentmöjligheter. 3 3 Planering och dialog med användarna och Istac för att hantera förväntningar och fastställa alternativa experimentprioriteringar. Lönestegring under de fem första åren –Lönerna vid ELI Eric kommer att öka påtagligt, mellan 5–10 % om året beroende dynamiken på den lokala arbetsmarknaden. 5 3 Planering och dialog med personal för att fastställa förväntningar Föråldrad utrustning/föråldrade komponenter– Tekniken i lasersystemen kommer att utvecklas snabbt under det kommande året och ELI riskerar att förlora sin konkurrenskraft om man inte gör löpande investeringar. 3 4 Planering i form av en teknisk färdplan; ansöka om kompletterande finansiering Dålig inledande användarerfarenhet – Inledande problem som beror på a) fel i anläggningen, b) bristande stöd från personal eller c) dålig kommunikation/hantering av förväntningar. Detta kan leda till dåligt rykte bland forskare och ett mycket långsamt genomslag för tjänsterna. 3–4 4–5 Arbeta nära ”vänligt inställda användare” i början, användarundersökningar, planera för att ”användarsamordnarna” ska kunna erbjuda ”stödtjänster” Misslyckad integration av ELI-anläggningarna – På grund av förvaltnings-/styrningsproblem försenas eller misslyckas den organisatoriska sammanslagningen. Detta leder till ökade kostnader, försämrad integritet och skadat anseende för ELI Eric. 2 5 Noga övervakad förvaltning, ”förändringshantering” på hög nivå och utbildningsworkshoppar, särskilda resurser och rimliga förväntningar på tidsplanen

(1) Rådets förordning (EG) nr 723/2009 av den 25 juni 2009 om gemenskapens rättsliga ram för ett konsortium för europeisk forskningsinfrastruktur (Eric-konsortium) (EUT L 206, 8.8.2009, s. 1).

(*1) CPA-tekniken och tekniken med halvledarlaser har förbättrat toppintensiteten, så att den nu överskrider 1022 W/cm2. ELI Eric kommer att mer än fördubbla detta. Här visas även SLAC E144-experimentet (blå prick), där man uppnådde hög intensitet genom att öka interaktionen mellan laser och materia inom en relativistisk ram. De horisontella linjerna visar den ponderomotiva (darrande) energin Up hos en elektron vid 800 nm (Ti:Sapphire) laser likvärdigt med en atomenhet. Up motsvarar elektronens vilomassa, eller det slutgiltiga målet där Schwingerintensiteten är Y=1, där vakuumet blir instabilt och ljus omvandlas till materia. Källa: Gérard Mourou, École Polytechnique.

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

(*2) Denna tabell inkluderar både anläggningar som är i drift och som håller på att uppföras. Källa: J. Collier, Rutherford Central Laser Facility.