Polskiej Mapy Drogowej Infrastruktur Badawczych

Formularz informacyjny dotyczący propozycji
projektu infrastruktury badawczej w związku z aktualizacją
Polskiej Mapy Drogowej Infrastruktury Badawczej
(Proszę o wpisanie wymaganych informacji w puste pola; maksymalna liczba znaków bez
spacji na poszczególne informacje wynosi 1500; łącznie nie więcej niż 5 stron)
Tytuł (nazwa) proponowanej IB:
Helmholtz Beamline – Polska (HB-PL)
Koordynator oraz skład
konsorcjum składającego
propozycję; nazwa konsorcjum:
Propozycję projektu składa Wojskowa Akademia Techniczna
w Warszawie w imieniu krajowego konsorcjum „Helmholtz
Beamline - Polska”.
Konsorcjum utworzą polskie podmioty zainteresowane
udziałem w budowie i eksploatacji infrastruktury badawczej
Helmholtz Beamline przy europejskim rentgenowskim
laserze na swobodnych elektronach European XFEL w
Hamburgu oraz stowarzyszonej z nią infrastruktury
badawczej Helmholtz Beamline – Polska zlokalizowanej w
Polsce.
Prace przygotowacze, mające na celu powołanie konsorcjum
„Helmholtz Beamline - Polska”, koordynuje Wojskowa
Akademia Techniczna w Warszawie, która należy do
międzynarodowego konsorcjum przygotowującego projekt
infrastruktury Helmholtz Beamline w Hamburgu. Konsorcjum
międzynarodowe składa się z ponad 80 zespołów
badawczych z 60 instytucji naukowych z 15 krajów.
Koordynatorem międzynarodowego konsorcjum jest centrum
badawcze Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rosendorf (HZDR) w
Dreźnie.
Krajowe konsorcjum „Helmholtz Beamline - Polska” będzie
składało się z kilkunastu uczelni wyższych, instytutów
naukowo
i
przedsiębiorstw
produkcyjnych,
których
przedstawiciele zgłosili wstępnie zamiar przystąpienia do
projektu. Formalnie konsorcjum zostanie powołane po
przyjęciu projektu do II etapu procedury aktualizacji projektów
na Polskiej Mapie Drogowej Infrastruktury Badawczej.
1: Opis koncepcji własnościowej (krajowa lub międzynarodowa) oraz struktury operacyjnej
(skupiona, rozproszona, stacjonarna, ruchoma, sieć, system informatyczny, zbiór, itp.):
Proponowana infrastruktura badawcza Helmholtz Beamline - Polska będzie międzynarodowym
centrum naukowym powiązanym merytorycznie i organizacyjnie z infrastrukturą badawczą
Helmholtz Beamline w Hamburgu, której budowa jest planowana w latach 2013-2018. Będzie to
infrastruktura badawcza o strukturze skupionej, zlokalizowana w Polsce, składająca się z dwóch
systemów impulsowych laserów wielkiej mocy przeznaczonych do badań w zakresie oddziaływania
promieniowania laserowego z materią.
Koncepcja budowy tego typu infrastruktury badawczej w Polsce powstała podczas prac
międzynarodowego konsorcjum przygotowującego projekt infrastruktury w Hamburgu. Jako
miejsce lokalizacji tej infrastruktury zaproponowano Wojskową Akademię Techniczną w
Warszawie. Propozycja spotkała się z pozytywną reakcją władz Akademii, które zadeklarowały
wszelką pomoc przy realizacji projektu, w tym także udostępnienie terenu pod inwestycję.
Ze względu na brak w Polsce doświadczeń z tego typu dużymi infrastrukturami badawczymi o
charakterze międzynarodowym, określenie formy jej własności oraz struktury organizacyjnej nie
jest na dzisiaj możliwe. Przeprowadzone dotychczas konsultacje wskazują, że nowa infrastruktura
1
może przystąpić do międzynarodowej spółki w ramach europejskiego konsorcjum ERIC, w skład,
którego będzie także wchodziła planowana infrastruktura Helmholtz Beamline w Hamburgu oraz
budowana obecnie wielka europejska infrastruktura badawcza Extreme Large Infrastructure ELI, składająca się z infrastruktury ELI - Beamline w Czechach, infrastruktury ELI – Atto na
Węgrzech oraz infrastruktury ELI – NP w Rumunii.
2: Opis celów badawczych oraz programu badań:
Z uwagi na merytoryczne połączenie planowanej nowej infrastruktury w Polsce z infrastrukturą
Helmholtz Beamline w Niemczech, cele badawcze i program badań obydwu infrastruktur będą
zbliżone. Zasadniczym obszarem badawczym nowej infrastruktury będzie oddziaływanie
promieniowania laserowego z materią przy bardzo wysokich wartościach gęstości energii oraz
intensywności promieniowania. Na infrastrukturze w Polsce prowadzone będą badania
poprzedzające oraz uzupełniające badania prowadzone na infrastrukturze w Niemczech. Potrzeba
takiej dodatkowej infrastruktury stowarzyszonej wynika z faktu, że badania planowane na
infrastrukturze Helmholtz Beamline, z uwagi na bardzo wysokie koszty korzystania z wiązki lasera
rentgenowskiego XFEL, będą musiały być poprzedzone wstępnymi badaniami wykonanymi za
pomocą urządzeń o podobnych parametrach oraz w zbliżonych warunkach pomiarowych. Uwagę
na konieczność takiego postępowania zwracano podczas spotkań roboczych przyszłych
użytkowników infrastruktury European XFEL.
Poza badaniami powiązanymi z pracami badawczymi planowanymi na infrastrukturze w Hamburgu,
na infrastrukturze Helmholtz Beamline – Polska będą prowadzone także badania, które będą
powiązane merytorycznie z badaniami planowanymi na infrastrukturach badawczych ELI. Dotyczy
to w szczególności programu badań planowanych na infrastrukturze ELI - Beamline w Pradze,
które dotyczą wytwarzania laserem wtórnego promieniowania elektromagnetycznego w
krótkofalowym obszarze widma i strumieni cząstek naładowanych (secondary sources) oraz
programu badań na infrastrukturze ELI - NP w Bukareszcie, które dotyczą zastosowania
impulsowych laserów wielkiej mocy z fizyce jądrowej.
3: Opis unikalnego charakteru IB oraz potencjalnego wkładu w rozwój badań naukowych:
Infrastruktura Helmholtz Beamline – Polska będzie unikalną infrastruktura badawczą w Europie i
jedną z nielicznych na świecie. Analogicznie do infrastruktury w Hamburgu, będzie się składać z
dwóch systemów impulsowych laserów wielkiej mocy i energii: femtosekundowego lasera o mocy w
impulsie do 1 PW (1015 W) oraz nanosekundowego lasera o energii w impulsie do 1 kJ.
Infrastruktura wyposażona będzie w stanowiska eksperymentalne do prowadzenia badań
oddziaływania impulsów laserowych z materią. W odróżnieniu od infrastruktury badawczej w
Hamburgu oraz infrastruktury ELI, system femtosekundowego lasera będzie wytwarzał impulsy o
czasie trwania o rząd wielkości dłuższym, tzn. w zakresie 100-200 fs. Wynika to z potrzeb badań w
zakresie wytwarzania laserem wtórnego promieniowania rentgenowskiego oraz wiązek elektronów.
Unikalny charakter nowej infrastruktury polega na połączeniu dwóch systemów laserowych
pozwalających na jednoczesne badania procesów oddziaływania impulsów promieniowania
laserowej bardzo dużej energii oraz wielkiej intensywności z materią. Stworzy to możliwości
badania materii w ekstremalnych warunkach gęstości, ciśnienia i temperatury. Wyposażenie
infrastruktury w system lasera femtosekundowego pozwoli na prowadzenie badań mających na
celu wytwarzanie impulsów promieniowania rentgenowskiego, które będą stosowane w badaniach
oddziaływań w zakresie wysokich gęstości energii prowadzonych z użyciem lasera
nanosekundowego. Badania te będą komplementarne do badań prowadzonych na infrastrukturze
w Hamburgu oraz na infrastrukturze ELI - Beamline w Pradze. Obecnie na świecie jedyną
podobną infrastrukturą badawczą jest Texas Petawatt Laser na Uniwersytecie Austin, USA.
4: Opis potencjału badawczego konsorcjum (określany jako liczba podmiotów tworzących
konsorcjum wraz z liczbą zatrudnionych pracowników naukowych i technicznych związanych
z proponowanym obszarem badań, budżet badawczy, posiadana infrastruktura badawcza, itp.):
2
Propozycja projektu infrastruktury badawczej Helmholtz Beamline - Polska jest składana w
imieniu krajowego konsorcjum, które utworzy kilkunaście polskich podmiotów (uczelni wyższych
oraz instytutów naukowych i przedsiębiorstw produkcyjnych), których przedstawiciele wyrazili
zainteresowanie projektem i wyrazili zamiar przystąpienia do konsorcjum. Dotychczas
przeprowadzono wstępne rozmowy oraz przygotowano umowy konsorcyjne. Orientacyjna liczba
pracowników naukowych i technicznych zatrudnionych w tych podmiotach, związanych z obszarem
badawczym nowej infrastruktury, jest szacowana na około 150-200 osób.
Prace przygotowawcze mające na celu utworzenie krajowego konsorcjum są prowadzone przez
zespół Wojskowej Akademii Technicznej. Są one skoordynowane z działaniami międzynarodowego
konsorcjum Helmholtz Beamline, w którym bierze udział Wojskowa Akademia Techniczna.
Jednostką uczestniczącą w projekcie jest Instytut Optoelektroniki (IOE), będący podstawową
jednostką organizacyjną Akademii na prawach wydziału. IOE jest największym w Polsce ośrodkiem
naukowo-badawczym w zakresie laserów. Jest w nim zatrudnionych około 180 osób, w tym 90
nauczycieli akademickich. Roczny budżet Instytutu na badania wynosi około 40 mln zł. Laboratoria
Instytutu są wyposażone w unikalną w Polsce laserową aparaturę naukową. Inwestycje
aparaturowe w ostatnich 5 latach wyniosły ok. 80 mln zł. W IOE jest realizowanych około 60-70
prac badawczych, badawczo-rozwojowych i wdrożeniowych, z czego większość dotyczy techniki
laserowej i jej zastosowania. Kadra instytutu ma duże doświadczenie w realizacji projektów w
ramach współpracy z zagranicą oraz projektów wdrożeniowych wspólnie z przedsiębiorstwami
produkcyjnymi.
5: Opis koncepcji realizacji programu badań oraz zasady dostępu do prowadzenia
i wyników badań (np. proporcje udziału zespołów krajowych i zagranicznych, wykorzystanie do
celów akademickich):
Proponowana infrastruktura Helmholtz Beamline – Polska będzie międzynarodowym ośrodkiem
badawczym powiązanym organizacyjnie i merytorycznie z infrastrukturą Helmholtz Beamline przy
laserze European XFEL. Projekty badawcze realizowane z użyciem tej infrastruktury będą
prowadzone zgodnie z zasadami dostępu przyjętymi w ośrodku DESY w Hamburgu, tzn. będą
wyłaniane w trybie konkursów ogłaszanych za pomocą systemu aplikacyjnego DOOR. Zasady
takie są powszechnie stosowane w przypadku projektów realizowanych na infrastrukturach
badawczych w zakresie fizyki jądrowej oraz promieniowania synchrotronowego. Podobne zasady
obowiązują w przypadku laserowych infrastruktur badawczych w projekcie Laserlab-Europe.
Ze względu na unikalny na świecie charakter proponowanej infrastruktury, spodziewane jest duże
zainteresowanie zespołów zagranicznych. Proporcje udziału polskich zespołów badawczych będą
zależały w decydującym stopniu od wartości naukowej zgłaszanych projektów. Dotychczasowe
doświadczenia polskich zespołów uczestniczących w tego typu projektach badawczych, np. na
laserach na swobodnych elektronach FLASH w Hamburgu, Niemcy, SLAC w Stanford, USA
SACLA w Harima, Japonia oraz z użyciem systemów laserowych dostępnych w ramach Laserlab
Europe, wskazują na bardzo duży potencjał i możliwości udziału polskich naukowców w projektach
realizowanych na dużych infrastrukturach badawczych.
Infrastruktura będzie wykorzystana do celów akademickich w zakresie popularyzacji tematyki
badawczej związanej z techniką laserową wśród studentów i doktorantów oraz szkolenia kadr.
Będzie to ważnym celem działalności krajowego konsorcjum.
6: Koszty budowy IB oraz oczekiwane źródła finansowania (np. środki z budżetu Nauka,
fundusze strukturalne UE, itp.), przewidywany okres budowy, proponowana lokalizacja,
szacunkowe koszty operacyjne IB:
Koszty budowy infrastruktury Helmholtz Beamline - Polska zostały oszacowane przy pomocy
budżetu projektu budowy infrastruktury Helmholtz Beamline w Hamburgu. W przypadku polskiego
projektu przyjęto zbliżone koszty budowy systemów laserowych, natomiast dostosowano do
polskich warunków koszty budowy budynków i koszty personelu oraz zmniejszono wysokość
kosztów zabezpieczenia ewentualnych zmian. Poza budynkiem laboratoryjnym, mieszczącym
systemy laserowe i stanowiska do badań, zaplanowano dodatkowo budynek biurowy, który musi
być oddzielony od budynku laboratoryjnego .
3
Oszacowane koszty całkowite projektu wynoszą 150 mln zł. Obejmują one koszty budowy budynku
laboratoryjnego w wysokości 20 mln zł i koszty budowy budynku biurowego w wysokości 15 mln zł.
Koszty budowy budynku biurowego oszacowano przyjmując jego powierzchnie użytkową 3000m2 i
jednostkowy koszt budowy 5000zł/m2. Koszty budowy systemów laserowych zostały oszacowane
na 40 mln zł w przypadku lasera PW oraz 30 mln zł w przypadku lasera kJ. Koszty uruchomienia i
utrzymania w ruchu systemów laserowych wyniosą 5 mln zł. Koszty wykonania stanowisk
eksperymentalnych do prowadzenia badań wyniosą 20 mln zł. Koszty personelu zaangażowanego
w konstrukcję i budowę infrastruktury oszacowano na 10 mln zł, zakładając zatrudnienie
przeciętnie 20 osób przez 5 lat realizacji projektu. 10 mln zł zaplanowano, jako kwotę
zabezpieczenia w przypadku nieoczekiwanych zmian. Oczekiwanym źródłem finansowania są
fundusze strukturalne UE. Okres budowy infrastruktury: 2013 - 2018. Proponowana lokalizacja:
Wojskowa Akademia Techniczna. Szacunkowe koszty operacyjne: około 2-3 mln zł rocznie.
7: Wizja przyszłej konsolidacji / współpracy IB z innymi ośrodkami badawczymi lub
projektami o skali krajowej lub międzynarodowej:
Proponowana infrastruktura badawcza Helmholtz Beamline - Polska będzie ściśle powiązana,
poza stowarzyszoną z nią infrastrukturą Helmholtz Beamline przy europejskim laserze
rentgenowskim na swobodnych elektronach European XFEL, z innymi wielkim infrastrukturami z
europejskiej mapy drogowej ESFRI, które są obecnie w budowie. Dotyczy to głównie projektu
Extreme Light Infrastructure – ELI, na który składają się budowane infrastruktury w Czechach,
na Wegrzech i Rumunii. W odróżnieniu od infrastruktury ELI, która jest dedykowana do badań w
zakresie oddziaływania przy bardzo dużej intensywności i ultrakrótkich impulsach promieniowania,
infrastruktura Helmholtz Beamline - Polska będzie przeznaczona głównie do badań
oddziaływania promieniowania z materią w zakresie dużych gęstości energii. Przewidywana jest
konsolidacja nowej infrastruktury w Polsce z infrastrukturami ELI w ramach konsorcjum ERIC.
Nowa infrastruktura będzie ponadto współpracować z inną laserową infrastrukturą z mapy
drogowej ESFRI, jaką jest infrastruktura HiPER. Zespół zgłaszający ten projekt prowadzi od wielu
lat współpracę z zespołami realizującymi obydwa projekty. Infrastruktura Helmholtz Beamline Polska będzie także współpracować z istniejącymi obecnie infrastrukturami laserowymi w Europie,
które są zgrupowane w konsorcjum Laserlab Europe, którego członkiem także jest zespół
zgłaszający projekt. Ponadto planowana jest współpraca z projektami infrastruktur badawczych w
Polsce, takimi jak: synchrotron SOLARIS oraz laser POLFEL. Nowa infrastruktura laserowa będzie
odgrywać bardzo ważną rolę w przygotowaniu kadr naukowych na potrzeby tych infrastruktur.
8: Dodatkowe informacje:
Planowana infrastruktura badawcza Helmholtz Beamline - Polska będzie wyjątkowym
przedsięwzięciem w Polsce. W wyniku jej realizacji powstanie unikalny w skali światowej
międzynarodowy ośrodek naukowy prowadzący badania w bardzo nowoczesnym obszarze
współczesnej nauki, jakim jest oddziaływanie impulsów laserowych wielkiej mocy z materią. Nowa
infrastruktura powstanie dzięki ścisłej współpracy z centrum badawczym HZDR w Dreźnie,
koordynującym prace międzynarodowego konsorcjum naukowego Helmholtz Beamline. Stwarza
to unikalną szansę pozyskania najnowocześniejszych technologii laserowych niedostępnych w
Polsce. Pomoc w realizacji projektu zadeklarował prof. R. Sauerbrey, dyrektor HZDR oraz prof. T.
Cowan, kierownik projektu, podczas wizyty w Polsce w tym roku.
Zespół zgłaszający projekt od wielu lat uczestniczy w różnych projektach europejskich dotyczących
tematyki badawczej proponowanej infrastruktury. Brał udział w projekcie w ramach 7. Programu
Ramowego przygotowującym infrastrukturę badawczą ELI. Obecnie uczestniczy, także w ramach
7. PR, w realizacji projektu Laserlab Europe, który jest europejską rozproszoną infrastrukturą
laserową. W ubiegłym roku zespół zorganizował w Warszawie międzynarodową konferencję
naukową 32nd European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM 2012), która jest
jedną z najważniejszych konferencji naukowych w zakresie tematyki badawczej proponowanej
infrastruktury. Więcej informacji dotyczących tej konferencji oraz programu badań z zastosowaniem
nowej infrastruktury i zagadnień technicznych związanych z jej budową, jest dostępnych na stronie
internetowej zespołu (http://www.ztl.wat.edu.pl/zoplzm/).
4