tutaj - Zakład Techniki Laserowej Instytutu Optoelektroniki WAT

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:
Extreme Light Infrastructure (ELI)
Koordynator oraz skład
konsorcjum składającego
propozycję; nazwa konsorcjum:
Propozycję projektu składa Wojskowa Akademia Techniczna
w Warszawie w imieniu krajowego konsorcjum „ELI Polska”.
Konsorcjum utworzą polskie podmioty zainteresowane
udziałem w budowie i eksploatacji infrastruktury badawczej
Extreme Light Infrastructure (ELI).
Prace przygotowacze, mające na celu powołanie konsorcjum
„ELI - Polska”, koordynuje Wojskowa Akademia Techniczna
w Warszawie, która należała do międzynarodowego
konsorcjum przygotowującego projekt infrastruktury ELI w
jego fazie przygotowawczej (Preparatory Phase) w ramach 7.
Programu Ramowego. Konsorcjum międzynarodowe składało
się z zespołów badawczych reprezentujących 15 instytucji
naukowych z 13 krajów.
Krajowe konsorcjum „ELI - 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 zgłoszeniu projektu do I
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.):
Wielka europejska infrastruktura badawcza Extreme Light Infrastructure (ELI) posiada strukturę
rozproszoną. Składa się z czterech systemów impulsowych laserów wielkiej mocy zlokalizowanych
w różnych krajach. Infrastruktura ELI - Beamlines powstaje w Czechach, ELI – Atto na Węgrzech
oraz ELI – NP w Rumunii. Lokalizacja czwartej infrastruktury ELI Ultra High Field Facility nie jest
jeszcze znana. Zainteresowanie budową wyraziła Francja i Hiszpania.
Koncepcja własnościowa i struktura operacyjna infrastruktury ELI w przyszłości nie została jeszcze
ustalona. Trzema infrastrukturami ELI, które obecnie są budowie, zarządzają jednostki
koordynujące narodowe konsorcja utworzone w poszczególnych krajach (Instytut Fizyki w Pradze
w przypadku ELI - Beamlines i Instytut Fizyki i Inżynierii Jądrowej w Bukareszcie w przypadku ELI
- NP) oraz spółka w przypadku ELI - Atto. Działania narodowych konsorcjów są koordynowane
przez konsorcjum międzynarodowe ELI Delivery Consotrium, powołane przez kraje
zainteresowane udziałem w budowie i przyszłej eksploatacji infrastruktury ELI. Zaproszenie do
przystąpienia do konsorcjum ELI Delivery Consotrium zostało skierowane oficjalnie do rządów
krajów UE przez kraje budujące infrastrukturę ELI. Polska do niego nie przystąpiła.
W celu koordynacji prac inwestycyjnych w poszczególnych krajach, prac przygotowawczych do
przyszłej eksploatacji infrastruktury oraz prac projektowych infrastruktury ELI Ultra High Field
Facility, międzynarodowe konsorcjum powołało biuro, którego dyrektorem jest prof. W. Sandner.
Konsorcjum prowadzi prace mające na celu wprowadzenie struktury zarządzania nową
infrastrukturą w ramach European Research Infrastructure Consortium (ERIC).
1
2: Opis celów badawczych oraz programu badań:
Przedmiotem badań planowanych na infrastrukturze badawczej ELI jest oddziaływanie impulsów
promieniowania laserowego z materią przy ekstremalnie wysokiej, nieosiągalnej dotychczas,
intensywności promieniowania powyżej 1023 Wcm-2. Tak wysoka intensywność promieniowania
uzyskiwana będzie poprzez wytwarzanie impulsów o ultrakrótkich czasach trwania (poniżej 10 fs)
przy energii w impulsie powyżej 10 kJ. Te parametry impulsów laserowych pozwolą na badanie
materii poddanej działaniu bardzo silnych pól oraz umożliwią pomiary dynamiki zachodzących w
niej procesów w skali attosekundowej i krótszej.
Programy badawcze są różne dla poszczególnych infrastruktur ELI. Program badawczy dla
infrastruktury ELI - Beamlines w Pradze dotyczy wytwarzania laserem wtórnego promieniowania
elektromagnetycznego w krótkofalowym obszarze widma i strumieni cząstek naładowanych. Celem
tego programu jest opracowanie nowego typu źródeł spójnego promieniowania rentgenowskiego
oraz laserowych akceleratorów cząstek naładowanych wysokiej energii. Program badawczy dla
infrastruktury ELI - Atto dotyczy wytwarzania ultrakrótkich impulsów promieniowania w zakresie
attosekund i krótszy. Celem programu jest opracowanie źródeł takich impulsów i ich zastosowanie
w badaniach dynamiki ultraszybkich procesów. Program badawczy dla infrastruktury ELI - NP w
Bukareszcie dotyczy zastosowania impulsowych laserów wielkiej mocy z fizyce jądrowej, a jego
celem jest opracowanie nowego typu impulsowego źródła promieniowania γ opartego na
rozpraszaniu Comptona wiązki laserowej na wysokoenergetycznych elektronach. Program
badawczy infrastruktury ELI – Ultra High Field Facility będzie dotyczył zagadnień elektrodynamiki
kwantowej.
3: Opis unikalnego charakteru IB oraz potencjalnego wkładu w rozwój badań naukowych:
Unikalny w skali światowej charakter infrastruktury ELI polega na tym, że infrastruktura składać się
będzie z najwiekszych na świecie systemów impulsowych laserów wielkiej mocy, które pozwolą na
prowadzenie badań w zakresie nieosiągalnych intensywności promieniowania laserowego.
Umożliwi ona prowadzenie eksperymentalnych badań w zakresie w zakresie relatywistycznej
elektrodynamiki
kwantowej,
wytwarzania
silnych
wiązek
spójnego
promieniowania
rentgenowskiego, akceleracji cząstek do bardzo wysokich energii oraz badania procesów w
attosekundowej skali czasu, które dotychczas były niemożliwe. Połączenie impulsowego lasera
wieliej mocy z akceleratorme elektronów wielkiej energii pozwoli na wytwarzanie impulsów
promieniowania γ bardzo dużej jasności. Planowany system laserowy o mocy w impulsie w
zakresie exawatowym będzie przewyższał ponad 100 razy największe obecnie systemy laserów
ultra-krótkich impulsów.
Wyjątkowy charakter infrastruktury ELI polega również na tym, że jest to pierwszy projekt wielkiej
infrastruktury badawczej, finansowanej ze środków strukturalnych UE, która jest zlokalizowana w
krajach będących nowymi członkami UE. Oczekuje się, że wniesie ona bardzo duży wkład w
rozwój badań naukowych w tych krajach oraz odegra dużą rolę w wyrównywaniu różnic
cywilizacyjnych między krajami Europy. Uważamy, że infrastruktura ELI, z uwagi na jej lokalizację,
może spełnić podobną rolę w Polsce, pod warunkiem wpisania jej do krajowych programów badań
naukowych.
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.):
Propozycja uczestniczenia Polski w projektcie ELI jest składana w imieniu krajowego konsorcjum,
które będzie utworzone przez kilkunaście podmiotów (uczelni wyższych oraz instytutów naukowych
i przedsiębiorstw produkcyjnych), których przedstawiciele wyrazili zainteresowanie projektem i
zamiar przystąpienia do konsorcjum. Dotychczas przeprowadzono wstępne rozmowy oraz
przygotowano umowy konsorcyjne. Orientacyjna liczba pracowników naukowych i technicznych
zatrudnionych w tych jednostkach naukowych i przedsiębiorstwach, których działalność jest
związana z obszarem badawczym infrastruktury ELI, wynosi około 150-200 osób.
2
Prace przygotowawcze mające na celu utworzenie krajowego konsorcjum są prowadzone przez
zespół z Wojskowej Akademii Technicznej, który uczestniczył w projekcie fazy przygotowawczej
infrastruktury ELI w ramach 7. Programu Ramowego UE. Jednostką uczestniczącą w projekcie jest
Instytut Optoelektroniki (IOE), który jest 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, badawczorozwojowych i wdrożeniowych, z czego większość dotyczy techniki laserowej i jej zastosowania.
Kadra Instytutu ma duże doświadczenie w realizacji projektów we 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):
Programy badawcze na infrastrukturze ELI będą realizowane zgodnie z zasadami dostępu, jakie są
powszechnie stosowane w przypadku projektów realizowanych na infrastrukturach badawczych w
zakresie fizyki jądrowej oraz promieniowania synchrotronowego, tzn. będą wyłaniane w trybie
konkursów ogłaszanych za pomocą systemu aplikacyjnego. Podobne zasady wprowadzono w
przypadku laserowych infrastruktur badawczych realizujących projekt Laserlab Europe.
Proporcje udziału polskich zespołów badawczych będą zależały w decydującym stopniu od
wartości naukowej zgłaszanych projektów, jednakże będzie on także zależał od stopnia udziału
Polski w budowie infrastruktury i jej współfinansowaniu. 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 projektu Laserlab Europe, wskazują na ich
duży potencjał oraz możliwości udziału polskich naukowców w projektach realizowanych na dużych
infrastrukturach badawczych.
Projekt ELI będzie wykorzystany do celów akademickich w zakresie popularyzacji kierunków
studiów związanych z tematyki badawczą ELI. Ocenia się, że infrastruktura ELI będzie stworzy
zapotrzebowanie około 800-1000 osób kadry naukowej i technicznej. Ze względu na lokalizację
infrastruktury w bezpośrednim sąsiedztwie Polski należy podjąć zdecydowane działania mające na
celu jej popularyzację, jako doskonałego miejsca do podwyższania kwalifikacji naukowych oraz
realizacji osobistej kariery zawodowej. Będzie to jednym z głównych celów 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 poszczególnych infrastruktur ELI wynoszą: 290 mln Euro w przypadku
infrastruktury ELI - Beamlines w Czechach, 220 mln Euro w przypadku infrastruktury ELI - Atto na
Węgrzech oraz 356 mln Euro w przypadku infrastruktury ELI - NP w Rumunii (180 mln Euro w I
fazie). Koszty budowy pokrywane są z funduszy strukturalnych UE w wkładem własnym
poszczególnych krajów. Zakończenie budowy infrastruktur ELI (I fazy) jest planowane w roku 2015.
Budowa w I fazie zakłada uruchomienie systemów laserowych oraz podstawowej aparatury
pomiarowej do badań naukowych. W II fazie realizacji projektu ELI planowana jest dalsza
rozbudowa część badawczej. Będzie ona w znacznym stopniu finansowana przez członków
międzynarodowego konsorcjum ELI. Koszty rozbudowy infrastruktury ELI wyniosą szacunkowo
około 60 mln Euro. Rozbudowa jest przewidywana, łącznie z pracami przygotowawczymi, w latach
2015-2018.
Umieszczenie infrastruktury ELI na Polskiej Mapie Drogowej Infrastruktur Badawczych oraz
przystąpienie Polski do międzynarodowego konsorcjum ELI umożliwi polskim zespołom
badawczym udział w dokończeniu jednego z największych obecnie na świecie projektów
3
infrastrukturalnych w nauce oraz w jego przyszłej eksploatacji. Pozwoli także na uczestnictwo w
pracach mających na celu zbudowanie czwartej infrastruktury ELI – Ultra High Field Facility
(lasera o mocy w impulsie w zakresie exawatowym).
Ze względu na bardzo duże znaczenie projektu ELI dla Polski, wynikające z jego unikalnego
charakteru w skali światowej, dotychczasowego udziału polskich zespołów badawczych w
przygotowaniu projektu oraz spodziewanego wpływu na rozwój nauki w kraju, proponujemy udział
Polski w wysokości 10 % kosztów w II fazie (6 mln Euro), pokrytych ze środków na naukę.
7: Wizja przyszłej konsolidacji / współpracy IB z innymi ośrodkami badawczymi lub
projektami o skali krajowej lub międzynarodowej:
Infrastruktura ELI jest silnie powiązana z innymi wielkimi infrastrukturami laserowymi z mapy
drogowej ESFRI. Dotyczy to w szczególności rentgenowskiego lasera na swobodnych elektronach
European XFEL w Hamburgu, gdzie planowana jest budowa infrastruktury badawczej Helmholtz
Beamline, składającej się z impulsowych laserów wielkiej mocy i energii do badania oddziaływania
promieniowania laserowego z materią. W odróżnieniu od infrastruktury Helmholtz Beamline, która
będzie przeznaczona głównie do badań oddziaływania promieniowania z materią w zakresie
dużych gęstości energii, infrastruktura ELI jest dedykowana do badań w zakresie oddziaływania w
zakresie bardzo dużej intensywności oraz ultrakrótkich impulsów promieniowania laserowego.
Część programu badawczego obydwu infrastruktur jest komplementarna. Rozważana jest
konsolidacja infrastruktury ELI z infrastrukturą Helmholtz Beamline w ramach europejskiego
konsorcjum ERIC.
Infrastruktura ELI będzie współpracować także z projektem wielkiej infrastruktury laserowej HiPER
oraz z istniejącymi obecnie infrastrukturami laserowymi w Europie, które są zgrupowane w
konsorcjum Laserlab Europe.
Poza infrastrukturami laserowymi, infrastruktura Helmholtz Beamline będzie współpracować z
innymi wielkimi infrastrukturami realizowanymi w Europie w innych obszarach nauki, np. projektem
FAIR w Darmstadt, gdzie planowana jest także budowa dużego systemu laserowego
przeznaczonego do badań ekstremalnych stanów materii wytwarzanych za pomocą nowego
akceleratora FAIR.
8: Dodatkowe informacje:
Projekt ELI jest wyjątkowym przedsięwzięciem w zakresie wielkich infrastruktur badawczych w skali
światowej. Szczegółowe informacje dotyczące programu naukowego infrastruktury ELI oraz
zagadnień technicznych dotyczących jej budowy, są dostępne na stronie internetowej projektu ELI
(http://www.extreme-light-infrastructure.eu/) oraz stronach internetowych poszczególnych
infrastruktur ELI, które są obecnie w budowie: infrastruktury ELI – Beamlines w Czechach
(www.eli-beams.eu), ELI – Atto na Węgrzech (www.eli-hu.hu) oraz ELI – NP w Rumunii (www.elinp.ro). Informacje o projekcie w języku polskim można znaleźć na polskiej stronie projektu
dostępnej na stronie zespołu IOE uczestniczącego w projekcie (http://www.ztl.wat.edu.pl/zoplzm/).
Projekt ELI może mieć duże znaczenie dla Polski. Poza wpływem na polską naukę i rozwój kadry
naukowo-technicznej, projekt może mieć także duże znaczenie dla gospodarki. W Polsce działa
obecnie kilka instytucji badawczych i przedsiębiorstw, które mogą wnieść swój udział w budowie
projektu w formie „in-kind“. Takie firmy jak: PREVAC - producent aparatury próżniowej oraz
SOLARIS OPTICS - producent elementów optycznych do laserów wielkiej mocy, a także zespoły
badawcze z Politechniki Warszawskiej, Politechniki Wrocławskiej, Wojskowej Akademii
Technicznej, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Instytut Fizyki Jądrowej i inne, posiadające
kompetencje w zakresie układów sterowania systemów elektronicznych, urządzeń kriogenicznych,
systemów laserowych, akceleratorów cząstek naładowanych, tworzą potencjał naukowy i
techniczny, który pozwoli na ich udział w budowie infrastruktury.
Strona czeska zaproponowała zbudowanie w ramach infrastruktury ELI – Beamlines w Pradze
polskiej stacji badawczej.
4