Technický popis projektu

Technický popis projektu 10. 12. 2015 verze 1.1 1/95

1 Celkové cíle projektu Registrační číslo projektu: CZ.1.05/1.1.00/02.0061 Název projektu: ELI: Extreme Light Infrastructure Příjemce: Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i. Partneři: - Datum zahájení projektu: 01/01/2009 Datum ukončení realizace 1. fáze projektu: 31/12/2015 Infrastrukturní část projektu musí být ukončena k datu 31/12/2015. Plánované datum zahájení realizace 2. fáze projektu: 01/10/2015 Plánované datum ukončení realizace 2. fáze projektu: 31/12/2017 Vedení projetku: prof. Jan Řídký, DrSc. ředitel Fyzikálního ústavu AV ČR, v. v. i. Ing. Roman Hvězda manažer projektu Dr. Georg Korn vědecko-technický manažer Pozadí projektu ELI Beamlines Projekt ELI (Extreme Light Infrastructure) je součástí evropské cestovní mapy (roadmap) pro vybudování příští generace velkých výzkumných center zásadního významu, které byly identifikovány Evropským strategickým fórem pro výzkumné infrastruktury (ESFRI). ELI bude mezinárodní výzkumnou laboratoří využívající nejnovější generaci laserových technologií k vytváření nejintenzivnějších světelných pulsů dostupných v laboratorních podmínkách. Centrum ELI umožní průkopnický výzkum v řadě oborů s využitím ultraintenzivních laserů a pro Českou republiku představuje jedinečnou příležitost umístění velké prestižní mezinárodní výzkumné infrastruktury na svém území. Posláním ELI bude jak základní akademický výzkum, tak aplikovaný výzkum s přímou vazbou na aplikační sféru. Infrastruktura ELI bude mít specializovaná centra (pilíře) ve více zemích. Centrum ELI-Beamlines v České republice, které je předmětem tohoto projektu, bude zásadní součástí pan-evropsképlánované infrastruktury. Dalšími pilíři ELI jsou Attosekundová laboratoř (Szeged, Maďarsko) a Fotonukleární laboratoř (Magurele, Rumunsko). Laboratoř ultravysokých intenzit jakožto čtvrtý pilíř (hostitelská země dosud není určena) bude vybudována později. Jednotlivé pilíře budou implementovány.nezávisle. Je navrženo, aby distribuovaná infrastruktura ELI byla po dokončení jednotlivých pilířů provozová podle modelu ERIC (European Research Infrastructure Consortium). Očekává se, že konsorcium ELI- ERIC bude ustaveno do konce roku 2017 a převezme koordinaci řízení pilířů ELI počínaje rokem 2018. V textu tohoto projektu je z důvodu stručnosti používán pro plánované centrum v ČR termín ELI namísto ELI Beamlines. Účel dotace (celkový cílový stav projektu): Účelem dotace je vybudování Evropského centra excelence ve výzkumu a vývoji, které spočívá: - ve výstavbě budovy/budov nezbytné/nezbytných k realizaci výzkumných programů, 2/95

- v pořízení přístrojového a infrastrukturního vybavení nezbytného k realizaci výzkumných programů, - v personálním obsazení centra nezbytném k realizaci výzkumných programů, - v zahájení realizace výzkumných programů. Účel dotace - Fáze 1 Účelem dotace Fáze 1 je kolaudace postavených budov nezbytných k realizaci výzkumných programů. Zasmluvnění klíčového vybavení. Obsazení klíčových pozic projektu tzn. obsazení vrcholového managementu a vedoucích výzkumných týmů. Účel dotace - Fáze 2 Účelem dotace ve Fáze II bude kompletní dodávka, instalace a zprovoznění laserových systémů, distribuce paprsku a zprovoznění experimentálních stanic v laserové budově. Obsazení pozic projektu dokončení personálního obsazení obsazení centra nezbytného k realizaci výzkumných programů. Specifické cíle: Mezi hlavní cíle projektu ELI v České republice náleží vybudování vysoce moderního laserového systému využívajícího poslední dostupné technologie a realizace programu řady projektů základního a aplikovaného výzkumu, jehož podstatou je interakce laseru s hmotou při intenzitách přibližně 100krát vyšších než intenzity dosahované v současnosti. Páteří laboratoře ELI bude velký laserový systém poskytující ultrakrátké světelné pulsy o délce několika femtosekund (10-15 fs). Sekundární zdroje ultrakrátkých a ultraintenzivních pulsů záření a částic umožní široké spektrum projektů základního výzkumu a aplikací v chemii, molekulární biologii, při vývoji nových lékařských technologií, vývoji nových materiálů a dalších. - V oblasti základního výzkumu bude poprvé v laboratorních podmínkách možné uskutečnit např. experimentální studium základních konceptů nelineární kvantové elektrodynamiky, experimentální studium struktury vakua, studium základních konceptů relativistické kosmologie a řady dalších; centrum dále umožní laboratorní výzkum astrofyzikálních jevů, např. mechanismů záření emitovaného pulsary, hnědých trpaslíků a obřích planet, umožní rovněž studium horké husté hmoty (warm dense matter) atd. - V oblasti aplikací a vývoje technologií umožní nové sekundární zdroje záření a částic indukované ultrakrátkými laserovými pulsy významné zlepšení technologií v oboru lékařských diagnostik (screening), poskytnou kapacitu k zobrazování struktury materiálů, molekul a buněk, a to s vysokým časovým a prostorovým rozlišením nerealizovatelným současnými technikami, přičemž zobrazování biomolekul potenciálně umožní jednak lepší porozumění složitým chorobám jako např. rakovina, jednak pomůže vývoji personalizovaných medikamentů; uvedené zobrazovací možnosti dále umožní vývoj nových technologií pro testování materiálů, vývoj nanomateriálů atd. Pro maximalizaci dopadu projektu ELI v ČR bylo ustaveno sdružení Konsorcium ELI-CZ, jehož členy je 14 předních českých vysokých škol a výzkumných ústavů (viz kapitola III). Ve spolupráci s členy Konsorcia ELI-CZ bude koordinována příprava jednotlivých výzkumných programů, příprava studentských a vzdělávacích programů a vývoj důležitých technologií. 3/95

Specifické cíle - Fáze 1 - Kolaudace stavebních objektů - Zasmluvnění klíčových technologií a subsystémů pro laserové systémy L1, L2, L3 a L4. - Návrh technologií pro experimentální stanice určené pro experimentální haly E1, E2, E3, E4, E5 - výzkumného programu 2-6. - Demonstrace první fáze laserového systému L1 Specifické cíle - Fáze 2 - Laserové systémy L1, L2, L3 a L4 budou instalovány a zprovozněny - Sekundární zdroje budou nainstalovány a budou připraveny pro uživatele. - Koncové stanice budou instalovány a budou připraveny k použití v experimentálních halách. - Distribuční systém zajistí vedení svazku do příslušných vakuových komor - Výzkumná infrastruktua je připravena k realizaci projektů plánovaných v rámci Výzkumných programů 1 až 6. Seznam výzkumných programů (aktivit): Primární cílem centra ELI bude realizace zcela nové generace sekundárních zdrojů záření a částic vytvářených ultraintenzivními laserovými pulsy. Tyto sekundární zdroje budou emitovat ultrakrátké pulsy XUV, rentgenového a gama záření, a dále shluky urychlených elektronů, protonů a iontů, využitelných jako kvalitativně nové nástroje v řadě výzkumných oborů a vývoji nových technologií. Výzkumné aktivity projektu ELI mají následující strukturu: VÝZKUMNÝ PROGRAM 1: Lasery pro generaci repetičních ultrakrátkých pulsů a mnohonásobně petawattových výkonů VÝZKUMNÝ PROGRAM 2: Rentgenové zdroje generované ultrakrátkými laserovými pulsy VÝZKUMNÝ PROGRAM 3: Urychlování částic pomocí laseru VÝZKUMNÝ PROGRAM 4: Aplikace v molekulárním, biomedicínckém a materiálovém výzkumu VÝZKUMNÝ PROGRAM 5: Plasma a fyzika vysokých hustot energie VÝZKUMNÝ PROGRAM 6: Exotická fyzika a teorie Milníky a očekávané výstupy: Stavební část Centrum ELI bude sestávat ze dvou hlavních jednotek: administrativní části a laserové budovy; centrum bude schopno poskytnout prostor pro celkem přibližně 300 osob. Obě budovy a jejich příslušné části jsou fyzicky propojeny pro vnitřní komunikaci, čímž vytvářejí prostředí a atmosféru akademického kampusu. Celková plocha objektu je dle dokumentace změna stavby před dokončením 30.887 m 2 (ukazatel GEA). Objekt reprezentují dvě budovy. Budova A - Administrativní budova o celkové rozloze 6.652 m 2 sestává ze čtyř jednotek: kanceláře, multifunkčních prostor a atria. Budova B o celkové rozloze 22.422 m 2 sestává z laserové budovy o výměře 17.143 m 2 a rovněž zahrnuje specializované laboratoře o celkové rozloze 5.279 m 2. Součástí areálu je též plynové hospodářství o rozloze 79 m 2, centrální chlazení o celkové rozloze 347 m 2 a předmontážní hala o celkové rozloze 1.387 m 2. K objektu náleží též odpovídající parkoviště automobilů. Indikativní harmonogram konstrukčních prací 4/95

Fáze Začátek Konec Demolice a příprava staveniště 1. 9. 2012 31. 5. 2013 Výkopové práce 1. 9. 2012 31. 8. 2013 Administrativní budova 31. 7. 2012 30. 9. 2015 Laserová budova a související infrastruktura 31. 7. 2012 31. 12. 2015 Předmontážní hala 1. 1. 2015 31. 7. 2015 Technologická část Technologie ELI mohou být rozděleny do 4 kategorií - A) Laserové systémy generující laserové pulzy, b) Sekundární zdroje využívající laserové pulsy pro generaci sekundárních zdrojů záření nebo urychlování částic c) Experimentální koncové stanice - vyhrazený prostor pro uživatele provádějící experimenty a D) Sofistikovaný distribuční systém, který poskytuje spojení mezi všemi výše uvedenými systémy. Laserové zařízení se bude skládat ze 4 laserových systémů, které budou navrženy, vyvinuty a řízeny jako velké jednotné zařízení v rámci Výzkumného programu 1 (Lasery pro generaci repetičních ultrakrátkých pulsů a mnohonásobně petawattových výkonů). Výzkumné programy 2 do 6 budou využívat kapacitu tohoto zařízení k realizaci vědeckých, aplikačních a technologických projektů s využitím ultraintenzivní světelných pulzů. Každý z Výzkumných programů 2 až 6 je zaměřen na specifický obor výzkumu a související technologie a zahrnuje specifické výzkumné oblasti využívající výstupy vytvořené v rámci výzkumného programu 1 jako základní platformy. Klíčové výstupy Fáze 1 a Fáze 2 Hlavní prvky a parametry Fáze I (31.12.2015) Fáze II (31.12.2017) Výstavba výstavba budovy o rozloze 30 887 m 2 dokončena a předána k provoznímu využívání N/A Laser L1 Laser L2 Laser L3 Laser L4 Demonstrace funkce prvního subsystému v prostorách příjemce Pořízení komponentů pro první stupeň systému L2. Demonstrace čerpacího laseru o energii 100J u dodavatele. Ověření konceptu pro hlavní subsystémy Ověření konceptu pro hlavní subsystémy Laserový systém poskytující energii na úrovni 30mJ/20fs/ 1kHz pro uživatele Návrh laserového systému PW třídy pro energii 20J/20fs/10Hz se zakomponovaným subsystémem 100 TW třídy, kterýžto bude k dispozici pro uživatele. Laserový systém poskytující energii na úrovni 30J/ <30 fs/ >3 Hz pro uživatele Laserový systém poskytující energii na úrovni kj/<3 ns/jeden výstřel za minutu a výkon na úrovni PW/150 fs 5/95

Výzkumný program 2 Výzkumný program 3 Výzkumný program 4 Výzkumný program 5 Výzkumný program 6 Návrh zdroje K-aplha (plasmový zdroj), kapacity demonstrována u dodavatele Zdroj HHG sestaven, kapacita demonstrována u dodavatele Návrh betatronového zdroje, Návrh zdroje rentgenového záření LUX, kapacita demonstrována u dodavatele Návrh protonového svazku (ELIMAIA), Návrh elektronového svazku (HELL) Návrh koncových stanic pro časově rozlišené pump probe experimenty využívající optické a sekundární zdroje ultrafialového a rentgenového záření Návrh experimentální plasmové komory Vypracování teoretických studií a návrh virtuálního prostředí pro propagování svazku Implementace a zprovoznění zdroje HHG, K-aplha (plasmový zdroj) a LUX svazku Vývoj hardwaru pro betatronový svazek Implementace a zprovoznění zdroje svazku urychlených iontů (ELIMAIA) Vývoj a implementace svazků urychlených elektronů (HELL) Vývoj a implementace koncových stanic pro pump probe experimenty využívající optické a sekundární zdroje ultrafialového a rentgenového záření, včetně jejich kombinace I Vývoj a implementace plasmové komory, včetně diagnostiky a sondování pomocí optického a částicového svazku Vytvoření teoretických a simulačních schopností pro pokusy v oblasti ultraintenzivní interakcí s hmotou. Kompletní funkce výpočetních kapacity v rámci virtuálního prostředí pro uživatele. Beam transport Zajištění klíčových komponentů Plná kapacity propagace svazku do experimentálních hal dle specifikované konfigurace pro dosažení cílů VP 2-6 6/95

Závazné hodnoty monitorovacích indikátorů: K datu ukončení realizace projektu Celkem (Fáze 1 a 2) Fáze 1 Fáze 2 31.12.2015 31.12.2017 110502 Odborné publikace (dle metodik RVV) 171 121 50 110503 Výsledky výzkumu chráněné na základě zvláštního právního předpisu (dle metodiky RVV 10 0 10 110504 Aplikované výsledky výzkumu (dle metodiky RVV) 33 11 22 111200 Objem smluvního výzkumu (tis. Kč) 500 0 500 111300 Objem prostředků na VaV získaný ze zahraničních zdrojů 10 000 3000 7000 74902 Počet úspěšných absolventů doktorských studijních programů 10 7 3 110710 110820 Počet projektů spolupráce aplikační sféry s VaV centry excelence Počet studentů magisterských a doktorských studijních programů využívajících vybudovanou infrastrukturu 3 0 3 118 0 118 110810 110830 110300 71700 71900 Počet výzkumných pracovníků využívajících vybudovanou infrastrukturu Podíl kapacit nových infrastruktur využívaných jinými subjekty Počet nově vytvořených pracovních míst, zaměstnanci VaV- celkem Počet nově vytvořených pracovních míst, výzkumní pracovníci - celkem Počet nově vytvořených pracovních míst, výzkumní pracovníci do 35 let 127 101 26 10 0 10 255 228 27 127 101 26 61 54 7 110516 Rozšířené nebo zrekonstruované kapacity - - - 110517 Vybudované kapacity 30887 30887 - Pro zajištění udržitelnosti musí být dodrženy následující povinnosti: - jako závazek pro období udržitelnosti (tj. 5 let od ukončení realizace projektu) je rozhodující závazná hodnota indikátorů 110300 a 071700 k datu ukončení realizace definovaná v Rozhodnutí o poskytnutí dotace. Hodnoty indikátorů 10300 a 071700 musejí být udrženy z důvodu zajištění dlouhodobého fungování a rozvoje center. - hodnoty indikátorů č. 110516 a č. 110517 musí být udrženy v užívání pro původní účel, tj. po dobu následujících 5 let. 7/95

V případě projektů, kde se jedná o vystěhování z Prahy, musí být splněna podmínka, aby nové Centrum mělo k datu ukončení realizace projektu minimálně 50% nových pracovníků, tj. minimálně 50% hodnoty FTE u indikátoru 071700 musí k datu ukončení realizace projektu tvořit noví pracovníci. Pokud projekt končí realizaci v průběhu roku, stává se základnou pro výpočet 50% nových pracovníků adekvátní podíl hodnoty FTE za počet měsíců realizace v posledním kalendářním roce realizace projektu. 8/95

2 Výzkumné programy Výzkumný program 1: Lasery pro generaci repetičních ultrakrátkých pulsů a mnohonásobně petawattových výkonů Zahájení: 1/2011 Vedoucího výzkumného programu: Ing. Bedřich Rus, Ph.D. Cíle programu (včetně výstupů, výsledků, milníků a specifikace skupin uživatelů ): Cílem Výzkumného programu 1 je navrhnout, vyvinout, dodat a uvést do provozu zařízení sestávající se ze čtyř laserových systémů L1, L2, L3 a L4, které budou využívat nejmodernější technologie a které se stanou páteří výzkumného centra ELI Beamlines. To zahrnuje vědecký a inženýrský návrh laserových systémů L1 až L4 a jejich individuálních komponent a sub-systémů, zadávání veřejných zakázek ke specifickým laserovým systémům a sub-systémům, tuzemský vývoj vybraných komponent, montáž, sestavení, testování a optimalizaci jednotlivých laserových systémů. Základním kamenem úspěchu je mezinárodní spolupráce a partnerství. Po uvedení laserových systémů do provozu bude Výzkumný program 1 (VP 1) pokračovat v dalším vývoji, zvyšování výkonu a provozní optimalizaci jednotlivých laserových systémů s důrazem na potřeby uživatelů z Výzkumných programů 2 6 (VP 2 6). Bereme-li v úvahu význam pro zařízení a finanční náročnost všech laserových systémů a přidruženého vybavení, je VP 1 hlavní výzkumnou aktivitou celého projektu. VP 1 staví na výsledcích dosažených mezinárodním konsorciem pracujícím v rámci Přípravné fáze ELI (ELI Preparatory Phase), které jsou zahrnuty v Bílé knize (ELI White book). Laserové systémy ELI Beamlines jsou navrženy tak, aby fungovaly mnohoúčelově, jak v základním, tak i v aplikovaném výzkumu, a také aby vyhověly rozličným požadavkům uživatelů využívajících toto zařízení. Laserové systémy se skládají z laserového oscilátoru, tzv. front-endu, před zesilovačů, dalších zesilovačů, výkonových zesilovačů a optických kompresorů. V každém ze systémů L1 až L4 budou oscilátorem generované laserové impulzy injektovány do jednotlivých před zesilovačů. V laserovém systému L1 jsou zesilovače a výkonové zesilovače založeny na zesilovací metodě zvané syntetizace petawattového pole (PFS), a jenž budou čerpány laserovými svazky pevnolátkových laserů s diodově čerpaným aktivním prostředím tenkými disky. Laserový systém L1 bude operovat na vysoké opakovací frekvenci 1 khz. Opakovací frekvence systému L2 je závislá na technologii metody OPCPA mající jako čerpací jednotky kryogenně chlazené pevnolátkové lasery s tenkými disky. Laserový systém L3 je navržen tak, aby generoval impulzy se špičkovým výkonem v řádu petawattů (PW) a to s opakovací frekvencí 10 Hz, což je 10 krát vyšší opakovací frekvence než má jakýkoliv současný petawattový systém s komprimovaným impulzem s dobou trvání 30 femtosekund (30 fs). V ELI Beamlines se bude také nacházet laserový systém s označením L4, který bude navržen tak, aby generoval impulzy se špičkovým výkonem 10 petawattů (10 PW), to je hodnota desetkrát převyšující špičkové výkony současných laserů. Cílem systému L4 je dosáhnout energii 1500 joulů (1500 J) v impulzu s dobou trvání 150 fs s opakovací frekvencí 1 výstřel za minutu (1/60 Hz), což ze systému L4 bude činit nejvýkonnější laserový systém na světě. Návrh a vývoj technologií pro optický kompresor systému L4 je jedním z klíčových úkolů VP 1. Výroba prototypů a/nebo testování perspektivních technologií pro čtvrtý pilíř projektu ELI je jedním z poslání 10 petawattového laserového systému L4. Popis programových cílů Fáze I: Demonstrace klíčových technologií pro jednotlivé laserové systémy L1, L2, L3 a L4 a předvedení 9/95

funkcionality základních sub systémů. Instalace a zprovoznění první části systému L1 v budově ELI Beamlines. Popis programových cílů Fáze II: Všechny čtyři laserové systémy L1, L2, L3 a L4 jsou nainstalovány v budově ELI Beamlines a připraveny k provozu se specifikovanými parametry, schopny dodat laserové impulzy pro první experimenty v rámci Výzkumných programů 2 6. Výstupy a výsledky: Hlavním výstupem VP 1 bude implementace čtyř laserových systémů L1, L2, L3 a L4, které tvoří jádro výzkumného centra ELI Beamlines a které jsou základním kamenem při budování laserového výzkumného zařízení světového významu. Laserové systémy budou využívat nejmodernější a z průmyslového hlediska důležité technologie. Zejména diodově čerpané pevnolátkové lasery použité v systému L1 s vysokou opakovací frekvencí, a dále v systémech L2 a L3. ELI Beamlines v sobě také zahrnuje vysokovýkonnou sekci sestávající z 10 PW systému s optickým kompresorem s energií v impulzu převyšující jeden kilojoule (1 kj). Popis výstupů a výsledků Fáze I: L1: První část (sub systém) s 5 mj / < 30 fs @ 1 khz instalována v budově ELI Beamlines. L2: Demonstrace provozu kryogenně chlazeného diodově čerpaného laseru s energií 10 J a opakovací frekvencí 10 Hz, oscilátoru s ultrakrátkým impulzem a front endu. L3: Funkční front end s ultrakrátkým impulzem u dodavatele, sestavení čerpacího diodově čerpaného laseru u dodavatele. L4: Sestavení front endu s ultrakrátkým impulzem u dodavatele, klíčová technologie pro dosažení stanovené opakovací frekvence zesilovačů kj laseru demonstrována u dodavatele. Popis výstupů a výsledků Fáze II: L1: Celý systém nainstalovaný a provozuschopný s > 30 mj / < 20 fs / 1 khz, připravený na zvyšování energie v impulzu až na 100 mj. L2: Systém nainstalovaný a provozuschopný s výkonem na 100 TW úrovni, čerpaný 10 J / 10 Hz laserem, připravený na další zvyšování výkonu. L3: Systém nainstalovaný a provozuschopný s 14J / < 40 fs, čerpaný 60 J / 10 Hz diodově čerpaným laserem, připravený na zvyšování výkonu až na 30 J / 30 fs / 10 Hz. L4: Systém nainstalovaný a provozuschopný s energií na úrovni 1,5 kj v impulzu, prokázána schopnost generovat impulzy se špičkovým výkonem 10 PW. Klíčové výstupy, výsledky a milníky: Činnost Milníky Fáze 1 Milník (mm/rrrr) Zahájení Výzkumného programu, koncepční práce návrhu laserových systémů Podrobné rámcové studie návrhu laserových a podpůrných systémů, projekční práce, posouzení technologických alternativ. Oponentura návrhu koncepce laserového systému a podpůrných systémů (s výjimkou 10-PW bloků) 12/2011 03/2012 10/95

Konečná revize návrhu (s výjimkou 10-PW bloků) 06/2012 Dokončení náboru klíčových vědeckých pracovníků, tzn. Vedoucí výzkumných programů. Prototypování laserového oscilátoru L1, systémů tvarování pulsů, systémů synchronizace pulsů a dalších subsystémů 01/2014 12/2012 Vývoj a implementace Zkoušky a finální zprovoznění systému Demonstrace DPSSL zesilovače s kryogenně chlazenými deskami na 100 J/10 Hz, s možností extrapolace na vyšší hodnoty energií Finální návrh a přezkoumání schématu 10-PW bloku včetně optického kompresoru. Zahájení spolupráce s prvními výzkumnými a průmyslovými uživateli 09/2015 03/2015 10/2014 20,14 impaktovaných publikací; 6,135 ostatních publikací 12/2015 Plný provoz čela laserového řetězce a posilujících zesilovačů, provozní test stability Test funkce 10 J / 10 Hz L2 systému poskytujícího <20fs pulsy, kompletace a sestavení L3 50 J / 10 Hz beamlines 09/2015 Implementace čela laserového řetězce 10PW L1 systému 10/2015 12/2015 Činnost Milníky Fáze 2 Dokončení konstrukce a implementace laserů, instalace a prověření Akceptační testy laserového systému L3 v úrovni Primárních Kritérií Dokončení. Zprovoznění L2 Stage 1 pulzního laseru (10 J 10 Hz) v ELI Beamlines 11/95 Milníky (mm/rrrr) 12/2016 10/2016 Integrovaný provoz laserového řetězce L4 při >1kJ 05/2017 Uvedení do provozu L3 laserového systému v budově ELI Beamlines Uvedení do provozu L4 10PW laserového systému v budově ELI Beamlines 10/2017 12/2017 Demonstrace výkonu L1 systému na úrovni >30 mj / khz 09/2017 Uživatelé výstupů a výsledků: Výsledky a výstupy VP-1 budou využívány všemi výzkumnými projekty centra ELI Beamlines, tj. všemi uživateli a uživatelskými subjekty - laserové systémy L1 až L4 zprovozněné v rámci VP- 1 bude páteřním nástrojem celé infrastruktury. V období 2016 až 2017 budou hlavními uživateli výsledků a výstupů vytvořených v rámci Výzkumného programu 1 zejména uživatelé Skupiny 3 a Skupiny 4 (viz Kapitola 5.3). Od roku 2018 po dokončení implementační fáze a zprovoznění všech individuálních laserových systémů, budou výsledky využívat všechny Skupiny uživatelů 1 až 5 (Uživatelé ze zemí ELI-ERIC, Uživatelé nadnárodního přístupu, Uživatelé za účelem vzdělávání a školení, Vývojáři technologií, Smluvní uživatelé).

Téma/ Přínos pro uživatele Technologie systémů diodově čerpaných laserů Přístup k nové technologické platformě pro vývoj aplikací Technologie rychlých impulsních elektrooptických systémů Možnost prototypování rychlých elektrooptických komponent Femtosekundová optika Vývoj a uvedení na trh nových, resp. vylepšených optických vrstev Typ uživatele (viz Kap. 5.3) Třída 3, 4, 5 Třída 3, 4, 5 Třída 3, 4, 5 Plánovaní uživatelé Laserové, optické a elektronické firmy, firmy se speciální výrobou vyspělých materiálů,výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na pokročilé laserové a optické technologie High-tech firmy s vývojem a speciální výrobou, firmy vyvíjející letecké technologie a obranné systémy, výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na výzkum a vývoj laserových technologií Optické firmy, výzkumné instituce a univerzity zaměřené na výzkum a vývoj laserových technologií a souvisejících oborů Generace femtosekundových pulsů technikou OPCPA Vývoj nových technologií pro průmysl a výzkum Kryogenní chladící systémy pro laserové zesilovače typu multislab Možnost prototypování součástí velkých laserů Kompaktní pikosekundové repetiční laserové systémy Testování nových laserových technologií pro výzkum a průmysl Nové technologie adaptivní optiky Vývoj a uvedení na trh nových komponent adaptivní optiky Třída 1, 2, 3, 4, 5 Laserové firmy, výzkumné instituce a univerzity zaměřené na výzkum a vývoj laserových technologií a souvisejících oborů Třída 3, 4, 5 High-tech firmy s programem výroby kryogenních technologií, výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na pokročilé laserové a optické technologie Třída 1, 2, 3, 4, 5 Laserové a optické firmy, firmy vyvíjející medicínské systémy, letecký průmysl, výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na pokročilé laserové a optické technologie Třída 3, 4, 5 Laserové a optické firmy, výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na pokročilé laserové a optické technologie Nové laserové a optické materiály a krystaly Vývoj a uvedení na trh nových krystalů a laserové keramiky Kompaktní systémy diagnostiky laserových femtosekundových pulsů a laserových svazků Vývoj a uvedení na trh nových resp. vylepšených senzorů vlnoplochy Třída 3, 4, 5 Třída 3, 4, 5 Laserové a optické firmy, výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na pokročilé laserové a optické technologie Laserové a optické firmy, firmy vyvíjející systémy pro letecký, obranný a farmaceutický průmysl, výzkumné instituce a vysoké školy zaměřené na pokročilé laserové a optické technologie Vazba na jiné výzkumné programy: VP-1 má naprosto zásadní význam pro úspěšnou realizaci Výzkumných programů 2-6. Tyto výzkumné programy budou využívat repetiční laser vyvyinutý v rámci VP-1, k provádění veškerých vědeckých, aplikačních a technologických projektů na ELI, týkajících se interakce ultraintenzivních laserových pulsů s hmotou. Výzkumné programy 2-6, z nichž každý se zaměřuje na vlastní specifickou oblast výzkumu a technologií, budou efektivně sdílet kapacitu laserového systému vybudovaného v rámci VP-1. 12/95

Klíčové metodologické přístupy, klíčové výzvy, klíčové vybavení: Laserové systémy vyvinuté pro ELI Beamlines nejsou komerčně dostupné a zahrnují nejmodejnější technologie za hrnou současného poznání. Proto tyto systémy musí být vyvinuty a sestaveny a testovány částečně vlastními silami, ale většinou ve spolupráci s hlavními dodavateli. Obavu vzbuzuje, zahájení vývoje řady technologií mimo projekt ELI Beamlines. Využití výsledků tohoto vývoje a používání těchto technologií může být účinně řešeno ve spolupráci s průmyslem a nebo hlavními vývojovými institucemi. Tento přístup je sice naplňován v rámci VP 1. intenzivní spolupráce s vývojovými instituce a aplikační sférou bude probíhat po celou dobu realizace projektu. Mezi klíčové technologie zahrnující novou generaci diodově čerpaných laserů včetně tenkodiskových systémů, nových laserových manteriálů, chladících systémů a nových opto-elektronivkých systémů. Jejich systematické využití umožní vysokorepetiční a tím i vysoce efektivní uživatelský provoz celého projektovaného zařízení nejen pro základní výzkum, ale i pro technologické aplikace. Další klíčovou výhodou navrženého laserového systému bude možnost generace navzájem přesně synchronizovaných laserových pulsů se značně rozdílnými parametry, což umožní generovat v centru ELI přesně synchronizované světelné pulsy a pulsy nabitých částic, rentgenového záření atd. Takto synchronizované pulsy nejsou v současné době k dispozici na žádném výzkumném zařízení. Mezi klíčové výzvy tohoto výzkumného programu patří: - realizace přesně synchronizované a navzájem definovaně zpožděné skupiny femtosekundových laserových pulsů - realizace diodově čerpaných (DPSSL) laserů na bázi tenkého disku poskytujících výkon do 1 kw - realizace velkých diodově čerpaných (DPSSL) laserů typu multislab - realizace velkých femtosekundových laserových řetězců s max. výkonem 1PW a s možností dosahování vyšších hodnot - realizace laserových technologií poskytujících vysokoenergetické (kj) ultrakrátké pulsy s výkonem 10 PW, implementace velkého optického kompresoru - generace intensity fokusovaného laserového záření do úrovně 10 24 Wcm -2, převyšující přibližně 100x stávající nejvyšší hodnoty Mezi klíčové vybavení VP-1 patří: - Oscilátor/krátkopulzní front end (optické stoly, titan safírové oscilátory, elektornická synchronizační jednotka, rozmítače pulsů, Titan safírový regenerativní a/nebo víceprůchodový zesilovač, tvarovače svazku, adaptivní optika s detektorem vlnoplochy, systémy diagnostiky, různé měřicí přístroje) - Zesilovače na bázi technologie PFS (Petawatt Field Synthesizer) buzené DPSSL tenkodiskovými lasery (předzesilovač, regenerativní a víceprůchodový předzesilovač, hlavní zesilovače, optické stoly, optomechanické díly, adaptivní optika s detektorem vlnoplochy a kompenzace časové nestability pikosekundového čerpacího laseru pro přesnou synchronizaci, diagnostika svazku, kontrolní a časovací elektronika, vakuové systémy kompresorů, optické difrakční mřížky, měřicí přístroje) - Repetiční 10 J/10 Hz zesilovač typu multislab (obsahuje front end, předzesilovač, kryogenní laserové hlavy, Braytonův kryogenní chladící systém, laserové diodově čerpané moduly, optika pro optické čerpání, kontrolní, časovací a diagnostické systémy, optické stoly, optomechanické díly), krátkopulzní laserové hlava (oscilátory a předzesilovače, širokopásmový zkracovač pulzů, OPCPA krátkopulzní zesilovač, 100 TW vakuový kompresor, optické difrakční mřížky) - Repetiční 60 J zesilovač typu multislab (obsahující front end, předzesilovač, plynem chlazené laserové hlavy, heliové dmychadlo a chladič, diodové čerpané moduly s kw špičkovým výkonem, 13/95

optika pro optické čerpání, kontrolní, časovací a diagnostické systémy, optické stoly, optomechanické díly,), krátkopulzní laserová hlava (oscilátor a předzesilovač, zkracovač pulzů, plynem chlazený vysokoenergetický zesilovač, PW vakuový kompresor, optické difrakční mřížky) - Kilojoulová 10 PW laserová hlava (front end včetně dvou oscilátorů, zkracovač pulzů, OPCPA předzesilovače, první neodimové sklo kj zesilovač, vysokonapětové kapacitní zásobníky, kontrolní, časovací a diagnostický systém obsahující adaptivní optiku, optické stoly, optomechanické díly, optika pro distribuci svazku, velký 10 PW vakuový kompresorový systém, optické difrakční mřížky, optické komponenty velkého průměru) Personální zajištění výzkumného programu (FTE) 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Vedoucí výzkumného programu 0 0,39 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Senior researcher 0 5,33 8,43 13,11 14,41 17,72 19,5 20,5 20,5 Junior researcher 0 1,84 6,65 10,13 12,47 16,79 17 19 19 Ph.D. student 0 0 0 0 0 0 1,75 2 2 Podpůrní pracovníci (kvalifikovaní) 0 1,7 3,05 5,01 5,83 5,21 6 8 8 Celkem 0 9,26 18,53 28,75 33,21 40,22 44,8 50 50 Personální zajištění výzkumného programu (fyzické osoby / headcount) 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Vedoucí výzkumného programu 0 1 1 2 1 1 1 1 1 Senior researcher 0 8 13 16 18 22 24 26 26 Junior researcher 0 7 12 16 19 21 21 22 22 Ph.D. student 0 0 0 0 0 0 5 8 8 Podpůrní pracovníci (kvalifikovaní) 0 2 6 8 7 6 6 7 7 Celkem 0 18 32 42 45 50 57 64 64 Výzkumný program 2: Rentgenové zdroje čerpané ultrakrátkými laserovými pulsy Zahájení: 1/2011 Vedoucího výzkumného programu: Dr. Stéphane Sebban Cíle programu (včetně výstupů, výsledků, milníků a specifikace skupin uživatelů ): Vzhledem k tomu, že neexistuje "ideální" zdroj rentgenových fotonů pro všechny v současnosti myslitelné aplikace (viz VP 4 a VP 5), bude v rámci VP 2 vyvinuto a optimalizováno několik vzájemně komplementárních rentgenových zdrojů. Zejména se bude jednat o rentgenové lasery na volných elektronech (XFEL), pokročilé K-alfa zdroje, betatronové záření, a generace ultravysokých harmonických frekvencí v oblastixuv. Tyto zdroje jsou založeny na rozdílných fyzikálních principech i metodách realizace a vzájemně se doplňují, čímž dochází k minimalizaci rizik. Cíle výzkumného programu v průběhu Fáze 1 jsou zaměřené na detailní návrh HHG, PXS, Betatron a 14/95

LUX řetězců sekundárních zdrojů. To zahrnuje detailní technický návrh každé části řetězce a jejich implementace do experimentálních hal. Navíc každý návrh je podpořen numerickými simulacemi, které slouží k testovaní proveditelnosti jednotlivých návrhů v konkrétních podmínkách. Cílem výzkumného programu v průběhu Fáze 2 je instalace navržených řetězců sekundárních zdrojů do jednotlivých experimentálních hal a jejich zprovoznění včetně veškeré diagnostiky související s těmito řetězci. Výstupní parametry zdroje budou monitorovány a sekundární zdroje budou synchronizovány s laserovým světlem. Mezi hlavní výhody rentgenových zdrojů, generovaných pomocí ELI laserů, jsou: ultrakrátká doba trvání impulzu, vysoce kolimovaný paprsek, úplná časová a prostorová koherence, synchronizace rentgenového záření s ultrarychlými infračervenými a viditelnými laserovými impulsy k sondování, a extrémně vysoký spektrální jas. Klíčové výstupy, výsledky a milníky: Hlavním výsledkem tohoto programu bude realizace řady nových rentgenových zdrojů založených na interakci ultrakrátkých laserových impulsů s hmotou, s unikátními možnostmi využití těchto zdrojů pro aplikace v molekulární, biomedicínské a materiálové vědě, ve fyzice plazmatu a fyzice vysokých hustot energií. Výstupní parametry těchto pokročilých rentgenových zdrojů budou odrážet specifické potřeby potenciálních uživatelů (viz níže). Tyto vzájemně synchronizované, ultrakrátké rentgenové zdroje budou navrženy, vyvinuty, otestovány, optimalizovány a uvedeny do provozu do konce roku 2017. Zkušení a vysoce kvalifikovaní mezinárodní experti budou přizváni k účasti na VP 2 zejména ve finální fázi uvádění do provozu. Popis výstupů a výsledků pro Fázi 1 Hlavním dosaženým výsledkem je detailní návrh a implementace do experimentálních hal jednotlivých řetězců sekundárních zdrojů (HHG, PXS, Betatron a LUX). V experimentální hale E1 budou oba zdroje sekundárního záření zadány k výrobě subdodavatelům. V současné chvíli existuje jejich předběžný návrh a jedná se se subdodavateli. K podpisu smlouvy dojde ke konci roku 2015. V průběhu návrhů jednotlivých řetězců se podařilo navrhnout oba zdroje tak, aby mohli pracovat současně a proto je lze časově i prostorově synchronizovat, což jedinečné využití pro perspektivní uživatele. LUX Beamline je od roku 2013, kdy proběhlo výběrové řízení, ve výstavbě v laboratoři DESY (Hamburg-Německo). Detailní návrh Betatronového řetězce, a s tím související distribuce laserového svazku, v E2 hale je dokončen. Popis výstupů a výsledků pro Fázi 2 Během Fáze 2 je naplánováno dodání a zprovoznění HHG a PXS systémů v první polovině roku 2016. Dodávka a zprovoznění LUX beamline je plánováno v průběhu roku 2017. Betatron beamline bude implementována v průběhu celé Fáze 2 a její zprovoznění, v experimentální hale E2, je naplánováno na konec roku 2017. Činnost Milníky Fáze 1 Milníky (mm/rrrr) 15/95

Zahájení výzkumného programu, základní koncepce Studie vlastností rentgenových zdrojů, architektura vedení svazků, geomwtrie, numerické modelování Dokončení náboru klíčových vědeckých pracovníků, tzn. Vedoucí výzkumných programů. 06/2012 01/2014 Koncepční návrh 11/2012 Detailní konečný návrh 04/2013 Zahájení spolupráce s prvními výzkumnými a průmyslovými uživateli 10/2014 Prototypování koherentního zdroje měkkého rentgenového záření 15/2015 Výzkum a vývoj Vývoj a implementace nových diagnostických technik s použitím rentgenového záření na prototypovaných kolimovaných zdrojích tvrdého rentgenového záření. 12/2015 Zasmluvnění HHG 08/2015 Zasmluvnění PXS rentgenových beamlines 05/2015 Detailní návrh HHG 12/2015 Návrh Betatron 06/2015 Detailní návrh LUX 12/2015 Detailní návrh PXS beamline 08/2015 6 impaktovaných publikací, 5,13 ostatních publikací 12/2015 Činnost Milníky Fáze 2 Milníky (mm/rrrr) Demonstrace koherentního zdroje měkkého rentgenového záření 12/2016 Výzkum a vývoj Demonstrace nových diagnostických technik s použitím rentgenového záření na kolimovaných zdrojích tvrdého rentgenového záření. 06/2017 Uvedení do provozu Příprava experimentálních hal E1, E2 a E5 03/2016 Instalace zdrojů HHG a PXS v E1 a uvedení do provozu 10/2016 Dodávka a instalace Betatron komory a vybavení LUX 01/2017 Instalace diagnostiky urychlování elektronového svazku v E2 a E5 08/2017 Instalace a finalizace Betatron a LUX beamline v E2 a E5 12/2017 Uživatelé výstupů a výsledků: Hlavními uživateli výsledků a výstupů vytvořených v rámci výzkumného programu VP 2 budou výzkumníci a inženýři pracující v oblasti fyziky plazmatu, koherentního rentgenového zobrazování a holografie s atomárním rozlišením, časově rozlišená rentgenová difrakce, sub-pikosekundová impulzní radiolýza, ovlivňování a sondování různých roztoků (Atomové, molekulární a optické vědy; AMO Sciences). Řada výzkumných institucí/ univerzit/ firem vyjádřilo vážný zájem o využívání výsledků VP 2 nebo o spolupráci v konkrétní oblasti relevantní VP 2 prostřednictvím zájmového dopisu. Ačkoli většina uživatelů bude mít užitek z výstupů VP 2 až po uvedení do provozu celého zařízení ELI v roce 2017, 16/95

předpokládáme, že vědecká spolupráce a společný technologický vývoj s hlavními strategickými partnery začne již během implementační fáze. Téma Přínos pro uživatele Využití technologické kapacity v oblasti EUV a rtg aplikací Přístup k nové technologické platformě pro vývoj aplikací Interakce záření s hmotou a generace silných zdrojů rtg záření Studium a vývoj kvalitativně nových pulsních zdrojů rtg záření Využití technologické kapacity pro vývoj EUV a rentgenové optiky Vývoj a uvedení na trh nové, resp. vylepšené speciální optiky Generace femtosekundových a attosekundových pulsů Přístup k unikátní výzkumné, vývojové a aplikační platformě Typ uživatele (viz Kap. 5.3) Třída 3, 4, 5 Třída 1, 2, 3, 4 Třída 3, 4, 5 Třída 1, 2, 3 Plánovaní uživatelé Firmy vyrábějící laserové systémy, rentgenové přístroje a zařízení pro výzkum a průmysl, medicínské aplikace, CCD kamery a speciální optiku Výzkumné instituce / univerzity zaměřené na výzkum a vývoj laserových technologií a souvisejících oborů, specializované firmy Laserové a optické firmy, výzkumné instituce/ univerzity zaměřené na výzkum a vývoj speciální optiky a souvisejících oborů Výzkumné instituce a univerzity zaměřené na výzkum a vývoj ultrakrátkých světelných pulsů a jejich aplikací Generace krátkovlnného záření (rtg a EUV) a jejich aplikace Testování možností nových zdrojů pro expozici mikročipů Generace nových pulsních zdrojů rentgenového a gama záření Vývoj nových diagnostických technik pro biomedicínu Třída 1, 2, 3, 4, 5 Výzkumné instituce / univerzity zaměřené na výzkum a vývoj, firmy s vývojem v oblasti výroby mikročipů a mikrofabrikace Třída 1, 2, 3, 4, 5 Výzkumné instituce, univerzity a firmy zaměřené na vývoj a aplikace zdrojů rtg a gama záření v biomedicíně, testování materiálů, defektoskopii atd. Nové koherentní zdroje s ultrakrátkou vlnovou délkou Vývoj nových zobrazovacích technik s fázovým kontrastem Třída 1, 2, 3 Výzkumné instituce a univerzity zaměřené na výzkum a vývoj koherentní rentgenových zobrazovacích technik a mikroskopie Vazba na jiné výzkumné programy: Činnost VP 2 je silně spojena s aktivitami VP 3 (a to především při spolupráci na urychlování částic pomocí laserového záření jako zdroje relativistických elektronů, které budou následně zavedeny do undulátoru), VP 4 (spolupráce se skupinou RP4 je na koherentním rentgenovém zobrazováním/ holografií s atomárním rozlišením, dále na časově rozlišenou rentgenovou difrakcí, sondování atomárních, molekulových a optických systémů), a VP 5 ( Spolupráce se skupinou RP5 je na vývoji zdroje, který bude poskytovat rentgenového záření s vysokým jasem pro diagnostiku horkého hustého plazmatu a teplého hustého plazmatu (WDM)). 17/95

Klíčové metodologické přístupy, klíčové výzvy: Vzhledem k tomu, že neexistuje "ideální" zdroj rentgenových fotonů pro všechny v současnosti myslitelné aplikace (viz VP 4 a VP 5), bude v rámci VP 2 vyvinuto a optimalizováno několik vzájemně komplementárních rentgenových zdrojů. Kombinace ultrarychlých, intenzivních a kolimovaných rentgenových pulsů perfektně synchronizovaných s optickými laserovými pulsy ELI bude schopna řešit zcela nové vědecké problémy v řadě oborů. Klíčovou výzvou zde bude možnost tzv. pump-probe experimentů s velmi vysokým časovým rozlišením, které mohou být použity k zaznamenání ultrarychlých dějů v hmotě a mohou otevřít nové oblasti výzkumu a aplikací jako např.: - (A) Koherentní difrakční zobrazování pomocí několika svazků, holografie, ptychografie a příbuzné techniky (B) Dvoubarevné VUV / měkké rentgenové záření pro sondování AMO experimentů s nezávislými zdroji světla (C) Studium pevné fáze materiálů pomocí VUV magneto-optické elipsometrie (D) Časové rozlišené pozorování pomocí rentgenového záření se sub-pikosekundovým časovým rozlišením; především difrakce, absorpční spektroskopie, zobrazování pomocí fázového kontrastu a impulzní radiolýzy. Klíčové vybavení (detailně, viz kap. VI.): - Experimentální vybavení zahrnuje vakuový systém (komora a čerpání), terče, rentgenové a optické diagnostiky, včetně vybavení laboratoře, což je určeno na podporu::generace a metrologie EUV a RTG záření - Fokusaci laserových svazků - Přídavná zařízení rychlé osciloskopy, zařízení pro sběr dat atd. Personální zajištění výzkumného programu (FTE) 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Vedoucí výzkumného programu 0 0,23 0,5 0,5 0,55 0,5 0,5 0,5 0,5 Senior researcher 0 2,444 3,98 4,36 5,406 5,1 7 7 7 Junior researcher 0 0 0,6 1,708 2,196 5,33 3,3 4 4 Ph.D. student 0 0 0 0,54 3,12 3,78 6 6 6 Podpůrní pracovníci (kvalifikovaní) 0 0 0,174 0,672 2,008 3,634 5 5 5 Celkem 0 2,67 5,25 7,78 13,3 18,34 21,8 22,5 22,5 Personální zajištění výzkumného programu (fyzické osoby / headcount) 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Vedoucí výzkumného programu 0 1 1 2 1 1 1 1 1 Senior researcher 0 3 5 5 6 5 8 8 8 Junior researcher 0 0 1 3 4 7 5 7 7 Ph.D. student 0 0 0 2 5 5 7 9 9 Podpůrní pracovníci (kvalifikovaní) 0 0 2 3 3 4 5 6 6 Celkem 0 4 9 15 19 22 26 31 31 18/95

Výzkumný program 3: Urychlování částic pomocí laserů Zahájení: 1/2011 Zástupce vedoucího výzkumného programu (aktivity): Dr. Daniele Margarone Cíle programu (včetně výstupů, výsledků, milníků a specifikace skupin uživatelů ): Hlavním cílem výzkumného programu VP 3 je vyvinout a optimalizovat nové postupy pro generaci laserem urychlených, víceúčelových pulzních zdrojů elektronů, protonů a iontů s velmi vysokou kinetickou energií laditelnou v širokém rozsahu spektra. Značný důraz bude kladen na zdokonalení kvality generovaných svazků částic ve smyslu intenzity a parametrů svazku. Tyto pokročilé vysokoenergetické částicové svazky spolu se související výzkumnou infrastrukturou (speciální diagnostika, vakuové komory pro aplikační projekty atd.) dovolí v dlouhodobém horizontu uskutečnit mezioborové aplikace s celospolečenských významem, zejména vývoj a uvedení do praxe kompaktních nízkonákladových zdrojů nabitých částic pro nové postupy eliminace zhoubných nádorů. Fáze 1 Ve Fázi 1 je program především zaměřen na optimalizaci a plánování sekundárních zdrojů (elektronů a protonů/iontů) prostřednictvím množství simulací a experimentálního testování v rámci mezinárodních vysokoenergetických laserových institucí. Hlavním cílem je zjištění dílčích parametrů paprsku v ELI Beamlines. Pokročilý technický návrh sekundárních zdrojů (vakuové komory, prvky distribuce svazku, diagnostika, atd.) bude vytvořen do konce Fáze 1. Fáze 2 Fáze 2 bude převším zaměřena na implementaci sekundárních zdrojů beamlines (jmenovitě HELL, ELIMAIA) v rámci laserové budovy ELI Beamlines. Funkční testování (vakuové systémy, sladění laserové uspořádání na terč, diagnostika uspořádání, manuální a dálková kontrola) bude vyvinuto a zprovoznění technologií bude zahájeno na konci Fáze 2 v návaznosti na dostupnost laserových systémů (L2/L3 a L4). Výstupy a výsledky: Hlavním výsledkem tohoto výzkumného programu bude realizace pokročilých zdrojů laserem urychlených částic (elektronů, protonů, iontů) vhodných pro širokou třídu mezioborových aplikací. Část těchto zdrojů bude navržena, vytvořena, otestována, optimalizována a poskytnuta uživatelům do konce roku 2017. Výstupní charakteristiky a parametry částicových zdrojů budou odrážet aktuální potřeby výzkumné a vývojové komunity. Zkušení a vysoce kvalifikovaní mezinárodní specialisté budou přizváni k účasti zejména při zprovozňování zařízení. Fáze 1 Výstupy a výsledky, kterých bude dosaženo do konce roku 2015, je detailní technický návrh hlavních komponet iontové a elektronové beamline (interakce, plazmová zrcadlo, vakuové komory, optické komponenty pro vakuové komory, terče a systém nastavování terčů, iontová a elektronová diagnostika) stejně tak prototypy speciálních zařízení pro elektronové a iontové paprskové spektrometry a diagnostiku. Dále pak spolupráce s mezinárodními výzkumnými institucemi jakož uživateli PW nebo (sub-pw) laserových zařízení. Spolupráce budou využity pro testování existujících prototypů a demonstraci urychlování částic svazku. Publikační činnost dosažených vědeckých 19/95

výsledků v impaktovaných časopisech. Fáze 2 Výstupy a výsledky, kterých bude dosaženo do konce roku 2017, jsou instalace vakuových systémů (např. terčů a komor), systém terčů (umisťování terčů), plazmových diagnostických přístrojů. Dále pak experimentální testování (funkční testy ionových a elektronových beamlines) budou vyvinuty. Budou provedeny finální numerické simulace pro budoucí implementaci laserů s vysokým výkonem (L4 při plném výkonu). Klíčové výstupy, výsledky a milníky: Činnost Milníky Fáze 1 Zahájení výzkumného programu, základní koncepce Výzkum a vývoj Milník (mm/rrrr) Koncepční studie vlastností částicových svazků (elektronů a iontů), geometrie experimentů, numerické výpočty a simulace, 06/2012 návrhy terčů. Dokončení náboru klíčových vědeckých pracovníků, tzn. Vedoucí 01/2014 výzkumných programů. Koncepční návrh 12/2012 Detailní konečný návrh 05/2013 Zahájení spolupráce s prvními výzkumnými uživateli 05/2015 Vývoj a prototypování speciálních přístrojů pro elektronovou a iontovou spektroskopii a detekci svazků, vývoj diagnostických metod Demonstrace urychlených svazků částic (elektronů, proton) pomocí laseru s výkonem menším než PW, charakterizace svazků a optimalizace klíčových parametrů 24,99 impaktovaných publikací 18,58 ostatních publikací 06/2015 12/2015 12/2015 Činnost Milníky Fáze 2 Uvedení do provozu Zprovoznění technologie za účasti mezinárodního vědeckého panelu Vakuové systémy - Instalace vakuových komor a vakuových komponent Zařízení terčů - Instalace pozičovače terčů, manipulační a zarovnávací systémy Diagnostika - Instalace zařízení pro diagnostiku částic a plasmatu (vč. zarovnávací procedury) Experimentální test - Funkční test iontových a elektronových beamlines Simulace - Numerické simulace budoucí implementace laserů s vyšší energií Milník (mm/rrrr) 12/2017 12/2016 04/2017 08/2017 12/2017 12/2017 20/95

Uživatelé výsledků: Hlavní uživatelé výsledků a výstupů budou profitovat z vyvinutých sekundárních zdrojů v rámci VP 3. Uživatelská komunita bude sestávat z vědců pracujících na poli urychlování částic, plazmové fyziky, radiobiologie, medicíny a medicínských technologií (hadronterapie a PET diagnostické techniky), materiálového výzkumu, biomolekulární chemie (nulkeární aplikace, generace neutronových svazků, transmutace radionuklidů), bezpečnostní aplikace (nedestruktivní masivní skenování materiálů) atd. Několik výzkumných institucí a univerzit vyjádřilo zájem prostřednictvím memorand o porozumnění na využívání výsledků VP 3 nebo na spolupráci v konkrétní oblasti relevantní VP 3. Ačkoli většina uživatelů bude mít užitek z výstupů VP 3 až po zprovoznění centra ELI v roce 2017, předpokládáme, že uživatelé budou zapojeni do řešení cílů projektu nejpozději v roce 2016. Téma Přínos pro uživatele Generace energetických zdrojů nabitých částic o vysokém jasu Kvalitativně nová platforma pro vývoj laserového urychlování částic Typ uživatele (viz Kap. 5.3) Třída 1, 2, 3 Plánovaní uživatelé Výzkumné instituce a univerzity zaměřené na laserové technologie, částicovou fyziku a nukleární fyziku Urychlování částic a simultánní generace rentgenového záření Nový výzkumný nástroj pro výzkum přechodových jevů hmoty a molekul Urychlování částic a nukleární jevy indukované ultraintenzivními lasery Výzkum a vývoj kompaktních fotonukleárních technologií Třída 1, 2, 3, 4, 5 Výzkumné instituce a univerzity zaměřené na laserové technologie, femtochemii, materiálový výzkum a související obory, firmy vyvíjející a vyrábějící ultrarychlé detektory záření a částic Třída 1, 2, 3, 4, 5 Výzkumné instituce a univerzity zaměřené na částicovou fyziku, fyziku vysokých energií a nukleární fyziku, firmy vyrábějící nukleární instrumentaci a detekční systémy Aplikace laserových urychlovačů částic a rentgenových zdrojů Vývoj a prototypování systémů nedestruktivního testovaní materiálů Diagnostika relativistického plazmatu urychlenými částicemi Prototyp diagnostických technik pro termonukleární fúzi Třída 3, 4, 5 Třída 1, 2, 3 Univerzity a firmy zaměřené na materiálové technologie, lékařské technologie a nukleární technologie. Výzkumné instituce a univerzity zaměřené na termonukleární fúzi, fyziku plazmatu, fyziku vysokých energií a astrofyziku Kompaktní uryclování částic Prototyp a provozní testování stanice pro multidisciplinární aplikace Třída 1, 2, 3, 4, 5 Výzkumné instituce, univerzity, biologická a medicínská centra a firmy zaměřené na výzkum a vývoj inovativních a nízkonákladových postupů v rámci multidisciplinárních aplikací včetně léčby rakoviny Vazba na jiné výzkumné programy: Výzkumná aktivita VP-3 závisí na úspěšné realizaci VP-1 a je dále silně provázána s aktivitou VP-2 (společný vývoj XFEL sestávajícího z laserového urychlovače jako zdroje relativistických elektronů, které jsou následně injektovány do undulátoru), VP-5 (vysokoenergetický zdroj částic pro aplikace v oblasti fyziky vysokých hustot energie) a VP-6nelineární inverzní Comptonův rozptyl 21/95

může být využit v rámci elektronové urychlovací platformy. Klíčové metodologické přístupy, klíčové výzvy: Experimentální realizace kolimovaných svazků vysokoenergetických elektronů, protonů a iontů emitovaných z laserového plazmatu v současné době otvírá nové možnosti pro jejich využití v mnoha oblastech. ELI nabídne unikátní platformu umožňující nové aplikace s urychlenými elektronovými a iontovými svazky vhodnými pro medicínu (rakovinová terapie), radiobiologie a materiálová věda a pro inovativní technologie urychlovačů. Všechny tyto aplikace budou těžit z jedinečných vlastností těchto svazků částic, urychlených krátkopulsními intenzivními lasery, jako jsou vysoká emitance, vysoký proud a velmi krátká doba impulsu. V rámci VP 3 bude poskytnuta inovativní funkce ve srovnání se stávajícími konvečně dostupnými zařízeními jako například lineární nebo cirkulární urychlovače,, pokud jde o kompaktnost, intenzitu, délku pulzu a celkové náklady. Navíc diodově čerpané laserové systémy používané v ELI Beamlines budou zvyšovat rychlost opakování takových sekundárních zdrojů, stejně jako jejich stabilitu,což samozřejmě bude přitahovat další potenciální uživatele z oblasti výzkumu a vývoje, např. z high-tech průmyslu. Klíčové vybavení (detailně, viz kap. VI.): Experimentální vybavení zahrnuje: - Optické stoly a malou optomechaniku - Osciloskopy - Target chamber, Plasma mirror chamber, Auxiliary chamber - Target positioners - Iontový spektrometr a nástroje analýzy dat (ion spectometer and data analysis tool) - Radiochromic film stack detector line - Ion Beam transport a dosimetry lines - Electron Spectrometer and data analysis tool - Multi-Lanex screen detectors and data analysis tool - Supersonic Gas-jet - Elektron Beam "Cleaner" Personální zajištění výzkumného programu (FTE) 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Vedoucí výzkumného programu 0 0,43 0,9 0,94 1 1 1 1 1 Senior researcher 0 0,134 2,71 4,1 3,066 3,23 5,1 6 6 Junior researcher 0 0,76 2,73 4,708 6,746 8,16 7,9 8 8 Ph.D. student 0 0 0 0 0 0 2 2,5 2,5 Podpůrní pracovníci (kvalifikovaní) 0 0 0,174 0,802 2,788 5,674 5,5 5,5 5,5 Celkem 0 1,324 6,514 10,55 13,6 18,064 21,5 23 23 22/95