Słowa kluczowe: technika akceleratorowa, technika laserowa, systemy elektroniczne, infrastrukturalne projekty europejskie,

Transkrypt

1 Elektronika październik 2015 EuCARD prof. dr hab. inż.. Ryszard S. Romaniuk Instytut Systemów Elektronicznych Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, Politechnika Warszawska Streszczenie: Europejski infrastrukturalny projekt badawczy z dziedziny techniki akceleratorowej jest realizowany od roku W latach 2003/ był realizowany pod nazwą CARE a następnie jako EuCARD w latach W latach jest kontynuowany z sukcesem jako EuCARD 2. Europejskie akceleratorowe środowisko badawcze przygotowuje jego kolejne przedłużenie w ramach H2020. Artykuł przedstawia postępy realizacji Europejskiego Projektu Koordynacji Badań Akceleratorowych - EuCARD - European Coordination of Accelerator Research and Development. W projekcie uczestniczy kilka zespołów badawczych z Polski: NCBJ, IChTJ, Politechniki - Łódzka, Wrocławska i Warszawska. Realizacja projektu już przez 12 lat doprowadziła do wielu istotnych rezultatów związanych z modernizacją europejskiej infrastruktury badawczej w obszarze techniki akceleratorowej. Z punktu widzenia naszego kraju, w której niestety nie ma dużej infrastruktury badawczej, korzyści z uczestnictwa były i są mimo to istotne i dotyczą głównie udziału w budowie infrastruktury badawczej wielu młodych uczonych z Polski, inżynierów elektroników, elektryków, mechaników, mechatroników i fizyków. Dzięki udziałowi w projekcie rozwijane są w pewnych sektorach wysokie technologie. Projekt organizuje coroczne konferencje podsumowujące osiągnięcia badawcze i techniczne. Europejskie spotkanie EuCARD odbyło się w Barcelonie. Słowa kluczowe: technika akceleratorowa, technika laserowa, systemy elektroniczne, infrastrukturalne projekty europejskie, Abstract: European, infrastructural research project on accelerator science and technology is under realization since CARE project was realized during the period 2003/4-208, and next EuCARD during Now during there is successfully continued EuCARD 2 Enhanced European Coordination of Accelerator R&D. European accelerator R&D community prepares next continuation of the EuCARD inside the Horizon The paper presents the work developments of EuCARD. Several institutions from Poland are participating in EuCARD: NCNR in Świerk, IChTJ, technical Universites in Łódź, Wrocław and Warsaw. Realization of the project during the last 12 years gave numerable and valuable results combined with essential modernization of the European research infrastructures. From the point of view of domestic interests, were we do not have large research infrastructures, the considerable benefits are associated with the participation of young researchers from Poland engineers and physicists, in building of the top research infrastructures. Due to such participation, high technologies are developed in several centres in the country. The EuCARD project organizes annual meetings summarizing periodically the R&D advances. The EuCARD AM2015 was held in Barcelona in April. Key words: accelerator science and technology, laser technology, electronic systems, European infrastructural projects

2 Elektronika październik 2015 EuCARD prof. dr hab. inż. Ryszard S. Romaniuk Instytut Systemów Elektronicznych Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska Europejski zaawansowany infrastrukturalny projekt badawczy z dziedziny techniki akceleratorowej jest realizowany od roku 2003 [12-20]. W latach 2003/ był realizowany pod nazwą CARE a następnie jako EuCARD w latach W latach jest kontynuowany z sukcesem jako EuCARD 2. Europejskie akceleratorowe środowisko badawcze przygotowuje jego kolejne przedłużenie w ramach H2020. Kilkunastoletnia realizacja jednorodnego tematycznie projektu infrastrukturalnego w skali ogólnoeuropejskiej bardzo zintegrowała i znacznie umocniła środowisko naukowo techniczne. Artykuł przedstawia postępy realizacji Europejskiego Projektu Koordynacji Badań Akceleratorowych - EuCARD - European Coordination of Accelerator Research and Development. W projekcie uczestniczy kilka zespołów badawczych z Polski: NCBJ, IChTJ, Politechniki - Łódzka, Wrocławska i Warszawska. Realizacja projektu już przez 12 lat doprowadziła do wielu istotnych rezultatów związanych z modernizacją europejskiej infrastruktury badawczej w obszarze techniki akceleratorowej. Z punktu widzenia naszego kraju, w którym niestety nie ma dużej infrastruktury badawczej, korzyści z uczestnictwa były i są mimo to istotne i dotyczą głównie udziału w budowie infrastruktury badawczej wielu młodych uczonych z Polski, inżynierów elektroników, elektryków, mechaników, mechatroników i fizyków. Dzięki udziałowi w projekcie rozwijane są w pewnych sektorach wysokie technologie. Projekt organizuje coroczne konferencje podsumowujące osiągnięcia badawcze i techniczne. Europejskie spotkanie EuCARD odbyło się w Barcelonie [1]. Z kontynuowanym cyklem Europejskich infrastrukturalnych projektów akceleratorowych CARE, EuCARD, TIARA, oraz EuCARD 2 związana jest naukowa seria wydawnicza Accelerator Science and Technology publikowana we współpracy CERN i Politechniki Warszawskiej [21]. Artykuł jest kolejną częścią cyklu prac opisujących wielkoskalowe infrastrukturalne i elektroniczne wyposażenie instrumentalne światowych eksperymentów z obszaru fizyki: cząstek elementarnych, jądrowej, plazmy wysokotemperaturowej; techniki akceleratorowej i laserowej ekstremalnych intensywności i energii, a także astrofizyki cząsteczkowej [3-11]. Tym razem opisano projekt EuCARD 2, w którym uczestniczy grupa młodych uczonych z kraju, w szczególności z Politechniki Warszawskiej. Opis bazuje na materiałach okresowych spotkań koordynacyjnych projektu, kontraktowych sprawozdaniach okresowych, oraz materiałach internetowych i intranetowych z prowadzonego przez projekt portalu internetowego [2]. Wielkie eksperymenty o których piszemy w tej serii łączy kilka specyficznych cech: są wielkiej skali infrastrukturalnej, niestety wszystkie są zlokalizowane poza naszym krajem, są zdecydowanie eksperymentami klasy odkrywczej, biorą w nich udział młodzi uczeni z Polski. W poprzednich częściach cyklu opisano np. taką infrastrukturę badawczą i eksperymenty jak lasery LCLS [3], FLASH, EXFEL [4-5], POLFEL [16]; akceleratory: TESLA [4], LHC; detektory: CBM [6-7], CMS 8], TOTEM [9]; tokamaki: JET, ITER [10], ale przede wszystkim opisano udział i wkład badawczy w ich rozwój młodych uczonych z Instytutu Systemów

3 Elektronicznych Politechniki Warszawskiej, i innych uczelni z Polski. Sesje naukowe poświęcone tym projektom, i budowanym wielkim infrastrukturom badawczym są organizowane corocznie w czasie Sympozjum WILGA Electronics and Photonics for High Energy Physics Experiments [19-20]. Podkreślmy to jeszcze raz są to wszystko wielkie infrastruktury i eksperymenty klasy odkrywczej, jedyne w swoim rodzaju. Uczestnictwo w ich rozwoju jest czymś zupełnie wyjątkowym, dla młodego uczonego jest wielką szansą własnego rozwoju naukowego i technicznego. Opisujemy tutaj postępy badawcze dużego projektu EuCARD, w ramach którego infrastruktura badawcza jest budowana i modernizowana na terenie szeregu kluczowych europejskich ośrodków badawczych takich jak GSI i FAIR w Darmstadt, RAL koło Oxfordu, DESY w Hamburgu, CERN w Genewie, ESS/MaxLab w Lund, itp. Eksperymenty badawcze w wymienionych ośrodkach poszukują nowych cząstek elementarnych, dokonują precyzyjnych pomiarów właściwości materii w ekstremalnych warunkach, rozwijają nowe kierunki techniki laserowej wielkich energii i intensywności, badają istnienie plazmy kwarkowogluonowej, materii kwarkowej, przemian fazowych i punktów krytycznych w materii silnie odziaływującej, itp. Na Politechnice Warszawskiej w Instytucie Systemów Elektronicznych konstruowane jest oprogramowanie i zaawansowana aparatura elektroniczna dla takich eksperymentów jak: JET w Culham, ITER w Cadarache, CBM/FAIR w Darmstadt, FLASH i E-XFEL w DESY, ESS w Lund, i innych. Projekt EuCARD jest częścią znacznie większego przedsięwzięcia ogólnoeuropejskiego dotyczącego modernizacji starszej i budowy nowej infrastruktury badawczej klasy odkrywczej. Kilka eksperymentów wspieranych w ramach projektu EuCARD jest obecnie w fazie modernizacji lub budowy infrastruktury badawczej. Projekt EuCARD wspiera także brakujące ogniwa w kluczowych eksperymentach, np. magnesy o wielkim natężeniu pola; nowa generacja elektroniki pomiarowej, sterującej, diagnostycznej; trygery w poszukiwaniu nowej fizyki, itp. Eksploatacja wielu z nowo budowanych eksperymentów powinna zacząć się mniej więcej w ciągu dekady i trwać przez następne dwie - trzy dekady. Taka jest skala czasowa wielkich i unikalnych eksperymentów klasy odkrywczej. Skala finansowa to miliardy Euro, w tym ok. 10% kosztów infrastruktury programistycznej, elektronicznej i komputerowej ICT. Część z tych kosztów, w sumarycznej wysokości setek M, ponosi nasz kraj w ramach wkładu rzeczowego dla kilku kluczowych eksperymentów. Wkład twórczy z naszego kraju obejmuje także pracę młodych uczonych z Polski, w szczególności nad systemami modelowania, bazodanowymi, i elektroniki TRIDAQ. Osiągnięcia projektu CARE- EuCARD opisywano poprzednio [11-15], obecna praca dotyczy okresu Obszar działania Europejskiego projektu rozwoju nauki i techniki akceleratorowej EuCARD Projekt promuje i koordynuje wysiłki badawcze w skali ogólnoeuropejskiej dotyczące rozwoju akceleratorów cząsteczkowych następnej generacji [1-2]. Gromadzi ponad 300 uczestników z 40 instytucji europejskich uniwersytetów, ośrodków badawczych i przemysłu. Tworzy interfejs z innymi projektami badawczymi krajowymi i międzynarodowymi w tym obszarze nauki i techniki. Rozpowszechnia i popularyzuje rezultaty badawcze. Organizuje warsztaty tematyczne. Identyfikuje obszary potencjalnego zainteresowania przemysłu, nazywając to Katalizatorem Innowacyjności. Działania sieciowe mają na celu transfer technologii dla społeczeństwa, w szczególności w obszarach zastosowań akceleratorów w medycynie, np. produkcja izotopów medycznych i nowych materiałów, i przemyśle, np. akceleratorowego

4 przetwarzania odpadów nuklearnych. Opracowuje strategiczny dokument dla opinii publicznej i decydentów dotyczący roli techniki akceleratorowej w Europie. Przyszłe akceleratory i synchrotronowe źródła światła o małej emitancji będą pracowały z ekstremalnymi wiązkami. Projektowany jest akcelerator pierścieniowy następnej generacji, elektronowo - pozytronowy, i protonowo - protonowy, zlokalizowany w CERN, o długości ok. 100 km, którego budowa może rozpocząć się za ok. 30 lat. W pewnym sensie projekt EuCARD 2 jest ukierunkowany częściowo również na badania brakujących elementów do takiego futurystycznego projektu, takich jak magnesy ultra-silnych pól, nowe koncepcje akceleratorowych wnęk rezonansowych, stabilizacja femto metrowa punktu przecięcia zgęstek cząsteczkowych, zmniejszenie wymiarów i zwiększenie gęstości zgęstek, booster akceleracyjny plazmowo laserowy, synchronizacja femtosekundowa, inteligentne systemy sterowania i diagnostyki, nowe generacje systemów akwizycji danych, nowe rozwiązania detektorów, itp. Działania sieciowe koncentrują się na współpracę z młodymi uczonymi. Nowe techniki akceleratorowe są skierowane na metody laserowe, plazmę i synchronizację wiązek elektronowej i fotonowej. W tym zakresie przygotowano projekt badawczy w ramach H2020. Budowany jest demonstrator AWAKE w CERN łączący technik laserowe i plazmowe i pokazujący akcelerację protonową w plazmowym polu wzbudzonym. Przyszłe magnesy wykorzystują w coraz szerszym zakresie wysokotemperaturowe materiały nadprzewodzące HTS. Badane są nadprzewodzące kable energetyczne wielkiej mocy. Rozwijane są nowe technologie i techniki wytwarzania nadprzewodzących mikrofalowych wnęk rezonansowych w wielkiej dobroci. Optymalizowane są koszty wykonywania wnęk, sprzęgaczy i elementów składowych toru akceleratora. W zakresie technologii RF prowadzone są prace nad efektywnymi fotokatodami metalowymi, monitorami plazmowych pół wzbudzonych na modulatorach elektro-optycznych, nowymi rozwiązaniami stopni wejściowych elektroniki detektorowej. Jednym z najważniejszych obszarów sieciowego działania EuCARD 2, zgodnie z wytycznymi UE, jest transfer innowacji dla użytku społecznego, co jest procesem znacznie szerszym niż jedynie oferta technologiczna dla przemysłu. Tego typu działania nazwano w skrócie katalizą innowacji. EuCARD 2 rozwija wiele innowacyjnych technologii, metod działania, współpracy, managementu, zorientowanych na zaawansowane badania naukowe i rozwój infrastruktury. Jednak po dodatkowej analizie i adaptacji, wiele z tych innowacji można prawie bezpośrednio zastosować w rozwiązaniach praktycznych. Przemysł łatwo adaptuje takie rozwiązania jak np. nowe materiały o znakomitych właściwościach termicznych, czy mechanicznych, natomiast znacznie trudniej, takie rozwiązania, które wyprzedzają swoją epokę aplikacyjną, i które wymagają nauczenia klienta nowych technologii i przekonania go do ich zastosowania. Część z tego trudnego zadania była przerzucana na przemysł, a nieprzygotowany przemysł traktował to jako dodatkowe znaczne ryzyko podjęcia zbyt innowacyjnej produkcji i sprawa często utykała w martwym punkcie. EuCARD 2 podjął się w ramach katalizy innowacji szerszych działań na płaszczyźnie społecznej dotyczącej popularyzacji problematyki naukowo technicznej wydawałoby się zbyt innowacyjnej. Rezultaty są bardzo zachęcające. Przy wielkich współczesnych inicjatywach naukowych o charakterze globalnym, a taki charakter ma realizacja projektu EuCARD 2, efektywna i wielopoziomowa interakcja społeczna wydaje się być absolutnie konieczna.

5 W ramach EuCARD 2 działa sieć koordynacyjna Europejskich działań sieciowych w obszarze techniki akceleratorowej EuCAN. EuCARD/EuCAN podejmuje różne inicjatywy społeczne, kulturalne, edukacyjne, managerskie, przemysłowe. Działania obejmują identyfikację potencjalnych obszarów innowacji i zastosowań akceleratorów oraz pomysłów badanych przez projekt. EuCARD 2 w ramach szerszych i zintegrowanych inicjatyw CERNu uczestniczy w wielkich targach przemysłowych. Samodzielnie organizuje lokalne warsztaty przemysłowe dotyczące np. bezpośrednich potrzeb współpracy z producentami zaawansowanych materiałów, elementów i systematów. Zabiega o obecność przemysłu na imprezach organizowanych przez projekt. Organizowane warsztaty tematyczne w obszarze techniki akceleratorowej Uniwersytety spotykają się z Laboratoriami Badawczymi mają na celu rozpoznanie zagadnienie współpracy w obszarze edukacji, promocję badań akceleratorowych na uniwersytetach, zrobienie mapy badań akceleratorowych w Europie w szkolnictwie wyższym i w laboratoriach resortowych i przemysłowych, kształcenie systematyczne i ustawiczne szkolenie w zakresie techniki akceleratorowej. Kształcenie w zakresie techniki akceleratorowej, w porównaniu z innymi bardziej ustabilizowanymi dziedzinami fizyki i techniki bazuje w Europie na rodzaju samo organizacji środowiska. Podejmowane są różne lokalne inicjatywy przez większe laboratoria badawcze, uniwersytety, a szersze np. przez Grupę Akceleratorową Europejskiego Towarzystwa Fizycznego. Dla studentów potencjalna atrakcyjność tej tematyki leży zapewne w jej interdyscyplinarności, oraz bliskości teorii i eksperymentu. Efektywność energetyczna wielkich kompleksów akceleratorowych i infrastruktur badawczych Wzrost rozmiarów akceleratorowych kompleksów badawczych i związany z tym wzrost zużycia energii wymusza systemowe prace nad energochłonnością. Jeśli nie zmieniono by technologii to planowany przyszły akcelerator kołowy potrzebowałby mocy na poziomie GW. Wielkie badawcze projekty infrastrukturalne wymagają akceptacji społecznej i politycznej. Taka akceptacja związana jest z poziomem zużycia energii, wpływem na środowisko, uciążliwością infrastruktury, kosztami, itp. Efektywność Energetyczna jest działaniem sieciowym projektu EuCARD 2 mającym na celu wypracowanie szerszego, Europejskiego konsensusu w tym obszarze. Prace są prowadzone w kierunku rozwoju technologii i metodologii zarządzania zużyciem energii w wielkich infrastrukturalnych kompleksach akceleratorowych, z myślą o ich ewentualnym, przyszłym zastosowaniu w kompleksach przemysłowych. Zasoby energii odzyskanej i/lub nie zużytej w konkretnej dużej infrastrukturze przemysłowej czy badawczej, stają się w sieci globalnej dodatkowym wirtualnym źródłem energii. Takie źródło energii może, przy odpowiedniej organizacji systemu, zwrócić ją efektywnie do sieci dla innych użytkowników. Dokonano analizy całkowitego bilansu energetycznego w 12 największych europejskich energochłonnych infrastrukturach badawczych. Jest to użycie łączne na poziomie rocznym przekraczającym 2TWh (w tym ponad 50% CERN), a więc jest o co walczyć przy pomocy złożonych technik modelowania i optymalizacyjnych. Problematyka efektywności energetycznej wielkich i energochłonnych akceleratorowych kompleksów badawczych obejmuje następujące zagadnienia:

6 - odzyskiwanie energii z fabryk zimna, a także odzyskiwanie energii z wiązki, - zwiększenie efektywności generacji wielkiej mocy RF, optymalizacja sterowania i diagnostyki, - krótkoterminowe gromadzenie energii, - wirtualna fabryka energii, - kanały transferu wiązki o bardzo niskim (bliskim zera) zużyciu energii. W nowych infrastrukturach fabryki zimna mogą być projektowane od początku w sposób optymalny, pod względem poziomów dostarczanego ciepła, oraz umożliwiający odzyskiwanie energii cieplnej. W istniejących infrastrukturach, eksploatowanych od dłuższego czasu, optymalizacja łączy się na ogół ze znacznymi inwestycjami, które mogą się zamortyzować dopiero po długim okresie czasu, niejednokrotnie przekraczającym czas ich życia. W nowoczesnych akceleratorach o bardzo dużej mocy wiązki podstawowym problemem jest efektywność konwersji energii elektrycznej z sieci zasilającej we wiązkę. Problem ten dotyczy w szczególności właśnie budowanej wielkiej infrastruktury ESS w Lund, ale także infrastruktur projektowanych jak ILC, CLIC, LHeC. Konwencjonalne rozwiązania źródeł wielkiej mocy RF nie spełniają wymagań przyszłych infrastruktur badawczych największej skali. Obecne badania nad źródłami są ukierunkowane na: zwiększenie efektywności klistronów, optymalizację wielowiązkowych źródeł IOT (inductive output tube) ze sterownikami na ciele stałym, zwiększenie stabilności magnetronów, tetrody i wzmacniacze półprzewodnikowe wielkiej mocy SSA. Modyfikacje klistronów wielkiej mocy, związane z uzyskaniem efektywności ponad 90%, idą w kierunku adiabatycznego zgęstkowania wiązki (generacji oscylacji rdzeniowych, periodyczna zmiana rozkładu prędkości elektronów przeciwdziałająca rozpraszaniu zgęstek wskutek sił przestrzenno-ładunkowych) podczas jej przechodzenia przez klistron oraz zastosowania wielo-szczelinowych wnęk. Obie techniki modyfikacji klistronu mogą być połączone. Pierwsza wymaga zastosowania większej liczby wnęk w klistronie, druga pozwala na redukcję długości klistronu. Wielowiązkowe źródła IOT osiągają obecnie sprawność rzędu 70% dla poziomu mocy CW 1 MW. W porównaniu z klistronem IOT osiąga najlepszą wydajność nie w warunkach nasycenia co powoduje, że dysponują wzmocnieniem różniczkowym, które może być wykorzystane do kontroli amplitudy wewnątrz pętli sprzężenia zwrotnego. Wzmacniacze półprzewodnikowe wielkiej mocy uzyskują sprawności w zakresie ok % dla częstotliwości ok MHz. Mniejszy poziom generowanej wyjściowej mocy RF wymaga kaskadowania wielu elementów. Dodatkowo, inteligentny system kontrolno pomiarowy i diagnostyki zapobiegnie nieplanowanym przestojom kompleksu akceleratorowego. W złożonym systemie nadzorowanych jest kilkaset parametrów elektrycznych, termicznych, mechanicznych, fizycznych i chemicznych, o złożonej zależności pomiędzy nimi. System diagnostyki te wartości i relacje (wprost i skrośne) śledzi on-line, reagując jeśli to możliwe poprzez zmianę warunków pracy maszyny. Celem optymalizacji jest zwiększenie dostępności wiązki akceleratora. Optymalizacja systemu energetycznego uwzględnia nieprzerwaną dostępność mocy elektrycznej i cieplnej, oraz konsekwencje przerw w dostępności wiązki, i niezawodność źródeł RF wielkiej mocy. Zwiększenie efektywności źródeł wielkiej mocy RF jest związana ze zmniejszeniem ich niezawodności. Konieczne jest zachowanie równowagi pomiędzy efektywnością a niezawodnością. Niedostępność wiązki spowodowana przestojem lub uszkodzeniem źródła, jest powodem braku danych pomiarowych w tym czasie przy

7 działających cały czas bardzo energochłonnych fabrykach zimna, których nie można wyłączyć. Efektywność energetyczna całego systemu infrastruktury maleje. Infrastruktura akceleratorowa wymaga obecności magazynów energii o różnej pojemności i różnej skali czasowej. Koncepcja i koszty takich magazynów są odmienne w zależności od zastosowania. Różnorodność użytkowników energii, pod względem czasu, miejsca, ilości, gęstości, itp., umożliwia projektowanie wielkiej infrastruktury także jako wirtualnego źródła energii. Optyka elektronowa, rozłożone na znacznych odległościach systemy skupiania wiązki elektronowej i cząsteczkowej wymagają znacznych ilości energii. Transport wysokoenergetycznej wiązki wymaga zastosowania magnesów kwadrupolowych o znacznym polu magnetycznym. Prowadzone są prace nad nowym rozwiązaniem soczewki kwadrupolowej nie zawierającej żelaza w konstrukcji rdzenia, z uzwojeniem o niskiej rezystancji i indukcyjności. Mała indukcyjność i rezystancja pozwalają na szybkie działanie impulsowe takiego magnesu, efektywnie zmniejszające średnie zużycie i rozpraszanie energii, w porównaniu z konwencjonalnymi magnesami CW. Podczas pracy z impulsami zasilającymi dużej mocy konieczne jest uwzględnienie zjawisk przejściowych w okablowaniu doprowadzającym i w złączach. Efektywność energetyczna impulsowego układu z magnesem może być optymalizowana jeśli układ pracuje w pętli rezonansowej, synchronizowanej w odpowiedni sposób z zegarem akceleratora. Magnesy impulsowe wprowadzają znaczne błędy pola impulsowego i integrowanego. Prace nad rozwojem magnesów energooszczędnych uwzględniają porównanie następujących technologii magnesów: stałe małe pole, błędy pola, odporność radiacyjna; nadprzewodzące niskoenergetyczne, kosztowne; klasyczne elektromagnetyczne dominujące rozwiązanie, optymalizowane pod względem rozmiarów i kosztów oraz warunków pracy. W obszar globalnej efektywności energetycznej kompleksu akceleratorowego wchodzi także zagadnienie normalizacji energetycznej i konstrukcyjnej, fizycznej wymiany pomiędzy laboratoriami urządzeń wysokoenergetycznych jak np. dużych dipoli o znacznym natężeniu pola, a także np. fabryk zimna. Zastosowania akceleratorów w nauce i technice, przemyśle i medycynie Działania są ukierunkowane na zastosowania akceleratorów przez społeczeństwo, głównie w medycynie i przemyśle. Działania te wykorzystują wyniki uzyskane w ramach poprzedniego projektu akceleratorowego TIARA. Rozważane są takie obszary jak: energia, przemysł atomowy, produkcja izotopów, medycyna, bezpieczeństwo, badania w obszarze HEP, fotonika, źródła światła, przemysł, przemysł półprzewodnikowy, inżynieria materiałowa, testowanie materiałów, przemysł kriogeniczny, nadprzewodnictwo, przemysł lotniczy, turbiny gazowe, itp. Organizowane są warsztaty przemysłowe, które zgromadziły kilkudziesięciu partnerów zainteresowanych współpracą z projektem i rozszerzeniem zasięgu techniki akceleratorowej, np. w zakresie nowych materiałów. Warsztaty dotyczą: konstrukcji nowych rozwiązań kompaktowych urządzeń gantry dla medycznej terapii hadronowej, medycznych i przemysłowych aplikacji wiązek neutronowych, produkcji energii z użyciem akceleratorów, transmutacji materiałów radioaktywnych, efektywnej produkcji radionuklidów medycznych, a także budowy innych urządzeń gdzie akcelerator cząsteczkowy jest źródłem energii.

8 Przygotowywany jest dokument strategiczny Zastosowania akceleratorów cząsteczkowych w Europie. Dokument ma charakter ogólno-techniczny ale porusza także aspekty ekonomiczne, społeczne i polityczne. Tematyka zastosowań akceleratorów obejmuje zagadnienia: akceleratory niskiej energii do 20 MeV, protonowe i jonowe akceleratory średniej energii w zakresie 10 MeV 1 GeV, akceleratory protonowe i jonowe o wielkiej mocy wiązki, tarcze akceleratorowe dla wiązek ekstremalnej mocy. Istotnym kierunkiem badań jest nie tylko określenie potencjału aplikacyjnego akceleratorów ale dokładna identyfikacja ograniczeń obecnie stosowanych technologii i zbadanie możliwości rozwoju z zastosowaniem technologii modyfikowanych lub zupełnie odmiennych, co może być związane z całkowitą zmianą kierunku badawczego, zastosowaniem nowych materiałów czy wykorzystaniem innych zjawisk fizycznych. Wokół zidentyfikowanych nowych kierunków badawczych tworzone są konsorcja naukowo-techniczne, których zadaniem jest zgłoszenie obiecującej tematyki do programu H2020. Akceleratory niskiej energii stosowane są do produkcji neutronów przy pomocy wiązek protonowych i deuteronowych. Takie nowoczesne źródła neutronów powinny zastąpić klasyczne i mało wygodne źródła reaktorowe. Wiązki neutronowe są stosowane w obszarach: energii zniszczenia radiacyjne, pomiary charakterystyk odpadów nuklearnych; przemysłu analiza aktywacji neutronowej; medycyny terapia z wychwytywaniem boru BNCT oraz produkcja radioizotopów; a także bezpieczeństwa monitorowanie obszarów krytycznych. Celem badawczym jest opracowanie kompaktowych, niezawodnych akceleratorowych fabryk neutronów, o dużym natężeniu wiązki, oraz rezygnacja z poprzedniej generacji źródeł neutronowych z reaktorów jądrowych. W przypadku zastosowania kompaktowego akceleratorowego źródła neutronów przewidywany jest znaczny rozwój i rozszerzenie zastosowań metody BNCT. Dostępność relatywnie tanich, kompaktowych źródeł neutronów może spowodować prawdziwą rewolucję w zastosowaniach przemysłowych. Akceleratory niskiej energii z wiązką elektronową są stosowane do poprawy właściwości materiałów, polimeryzacji, łączenia materiałów, sterylizacji, aktywacji materiałów w procesach technologicznych, usuwania tlenków siarki i azotu ze spalin, modyfikacji przebiegu reakcji chemicznych, itp. Podobnie do źródeł neutronów, w przemyśle oczekiwana jest dostępność relatywnie tanich, niezawodnych, a przede wszystkim kompaktowych, wysokoprądowych źródeł wiązki elektronowej. Obszar badawczy produkcji energii obejmuje szereg aplikacji akceleratorów cząsteczkowych o różnych wiązkach i niskich energiach ale wielkich natężeniach. Badania materiałowe dotyczą zniszczenia radiacyjnego. Bezpośrednia akceleratorowa lub wspomagana akceleracją generacja energii obejmuje takie badania jak: uwięzienie inercyjne ciężkich jonów w fuzorach, zastosowanie neutralnych wiązek jonowych do grzania plazmy, itp. Te zastosowania wymagają wiązek o ekstremalnie dużych prądach, nawet setek ka. Akceleratory protonowe i jonowe średniej energii pracują w aparaturze medycznej. Kompaktowe rozwiązania takich akceleratorów zintegrowanych z niewielkimi skanerami wiązki (gantry) mają zapewnione liczne zastosowania do terapii nowotworów cząstkami naładowanymi, najczęściej protonami i lekkimi jonami, np. węgla. Wynika to ze znacznej przewagi terapeutycznej takiej metody nad radioterapią gamma. Terapeutyczna wiązka

9 jonowa C wymaga jednak dzisiaj akceleratorów i skanerów o dość znacznych rozmiarach. Miniaturyzacja takich maszyn jest zasadniczą kwestią determinującą ich dalszy rozwój w zastosowaniach medycznych. Redukcja rozmiarów skanerów wiązki związana jest z zastosowaniem magnesów nadprzewodzących. Inną opcją jest zastosowanie magnesów stałych w miniaturowych skanerach typu FFAG (stałe pole, zmienny gradient). Produkcja radioizotopów medycznych wymaga zastosowania kompaktowych akceleratorów średniej energii. Najbardziej popularny radioizotop medyczny 99m Tc jest produkowany w reaktorach jądrowych z 99 Mo. Izotop Mo jest także produkowany metodą reaktorową. Tańszą i bardziej efektywną alternatywą jest bezpośrednia produkcja radioizotopu Tc metodą akceleratorową. Kompaktowy akcelerator, relatywnie tani i umieszczony bezpośrednio z środowisku szpitalnym jest poszukiwanym rozwiązaniem docelowym. Trwają badania techniczne nad takimi rozwiązaniami akceleratorów sprzężonych z innym sprzętem specjalistycznym, terapeutycznym, ale też chemicznym i laboratoryjnym. Systemy specjalistyczne zasilane akceleratorami wymagają maszyn o wielkich energiach. Takie systemy obejmują np. transmutatory odpadów jądrowych, współ-zasilanie bezpieczniejszych od uranowych sub-krytycznych reaktorów jądrowych z paliwem torowym, produkcję wiązek neutronowych metodą spallacyjną, produkcję wiązek mionowych. Podczas transmutacji odpadów jądrowych silnie promieniotwórcze aktynidy bombardowane wysokoenergetycznymi neutronami podlegają rozpadowi na lekkie jony o krótkim czasie półtrwania lub w lekkie jony stabilne. Celem transmutacji ( w takim projekcie Europejskim jak MYRRHA) jest skrócenie czasu półtrwania odpadów przynajmniej o czynnik 10 3, oraz ich redukcja objętościowa o czynnik Celem budowy hybrydowych reaktorów torowych z dodatkowym neutronowym zasilaniem akceleratorowym jest rezygnacja z technologii uranowych. Dodatkowe zasilanie wynika z mniejszej aktywności neutronowej toru niż uranu, niewystarczającej do samodzielnego podtrzymania reakcji jądrowej. Wymagania na akcelerator zasilający są: praca ciągła, energia wiązki 1-2 GeV, moc wiązki 4-10 MW, target produkcji neutronów, dokładna kontrola parametrów akceleratora. Celem produkcji wiązek mionowych jest ich zastosowanie do katalizowanej mionowo fuzji, gdzie produkowane są mionowe atomy deuteru i trytu, kilkaset razy mniejsze od klasycznych atomów, co ułatwia ich fuzję. Innym zastosowaniem wiązek mionowych, najlepiej ze źródła kompaktowego a nie mionów kosmicznych, jest skanowanie towarów i detekcja odpadów jądrowych. Akceleratorowa produkcja różnego rodzaju cząstek korzysta z tarcz. Tarcze są ważnym komponentem systemów akceleratorowych i często stanowią ograniczenie sprawności ich działania. Dotyczy to np. produkcji neutronów, radioizotopów, mionów, itp. Prace badawcze są prowadzone nad nowymi generacjami tarcz akceleratorowych, chłodzeniem tarcz, zmęczeniem materiałowym, cyklami termicznymi, konstrukcją, materiałami, itp. Tarcze są istotnymi elementami w kompaktowych fabrykach mionów i radioizotopów. Rozwój liniowych i pierścieniowych akceleratorów badawczych wielkich energii i mocy W technice akceleratorowej postęp jest znaczony zwiększaniem świetlności, energii, mocy wiązki, natężenia wiązki, oraz kontrolą polaryzacji. Wymagać to będzie w przyszłości budowy

10 nowych zderzaczy działających w obszarze energii 100 TeV, nadprzewodzących pierścieni i linii akceleratorowych o niedostępnych dzisiaj parametrach jakościowych, a także nieosiągalnej dzisiaj kontroli polaryzacji wiązki. Już obecnie analizowane są scenariusze, na pograniczu dzisiejszych możliwości, lub przekraczające te granice, dotyczące przyszłości zderzaczy dla fizyki wielkich energii. Rozważana jest przyszłość i kierunki modernizacji infrastruktur takich jak KEKB, CERN i innych. W CERN opracowano dokładne projekty etapowej modernizacji kompleksu akceleratorowego LHC do roku Rozpoczęto nowe studium dotyczące przyszłego zderzacza kołowego dla elektronów i protonów FCC (future circular collider) i TLEP o długości w zakresie km. W Chinach analizowany jest analogiczny projekt CepC/SppS. Front energetyczny będą reprezentować w przyszłości zderzacze mionowe. FCC jest projektowany jako następny etap dla eksperymentów HEP po erze LHC. Potencjalny postęp w budowie wielkich infrastruktur zależy od postępu w zakresie kluczowych elementów tych infrastruktur takich jak: umiejętność działania ze stabilnymi, niskoemitancyjnymi wiązkami ekstremalnymi o wielkiej energii i natężeniu, precyzyjna kontrola polaryzacji wiązki i jej pozycji orbitalnej w pierścieniu akceleracyjnym, zastosowanie nowych magnesów o dużym natężeniu pola, zastosowanie ultra-precyzyjnych magnesów korekcyjnych, sub-femtometrowa stabilizacja punktu interakcji, nowych materiałów kolimacyjnych, oraz nowych rozwiązań elektroniki RF i SRF, w tym zastosowanie rozbudowanych szybkich układów pomiarowych, sterowania i diagnostyki. Wiązki ekstremalne przyszłych akceleratorów cząsteczkowych Inne zagadnienia związane z wiązkami ekstremalnymi w projektowanych, budowanych lub modernizowanych obecnie infrastrukturach akceleratorowych dotyczą: optymalizacji magnesów dla dynamiki wiązek ekstremalnych; budowy ekstremalnych liniaków protonowych w aspekcie infrastruktury ESS Europejskiego Źródła Spallacyjnego; polaryzacji spinu leptonów; crab cavities, oraz fabryka Tera-Z; impedancji akceleratorowej; zapobieganiu multipaktingu, zjawiskom korony, chmur elektronowych i intermodulacji biernej w akceleratorze; falowodowanie wiązki w krysztale; opcji modernizacji infrastruktur - SuperKEKB, HL-LHC, LHeC, integracja zderzacza elektronohadronowego w LCC; oraz budowy przyszłych fabryk Higgsa. Planowane jest dziesięciokrotne zwiększenie świetlności wiązki w miejscu kolizji zgęstek cząsteczkowych z zastosowaniem rezonansowych wnęk skośnych crab-cavities. Dalszy rozwój zderzaczy będzie wymagał ciągłego zwiększania świetlności i ekstremalnej, femtometrowej stabilizacji punktu interakcji. Prowadzone są prace nad koncepcją uzyskania znacznego zwiększenia świetlności i gęstości mocy w punkcie interakcji w rozwiązaniu CC zderzacza krystalicznego (crystal collider). Pierścienie akceleratorowe wysokiej jakości o niskiej emitancji Rozwój techniki pierścieni akceleracyjnych o niskiej emitancji (poprzecznym rozpraszaniu wiązki) dotyczy obecnie budowanych, modernizowanych i planowanych Europejskich synchrotronowych źródeł światła trzeciej i czwartej generacji. Modernizacja źródeł światła jest wymagana zarówno przez przemysł, jak i przez środowiska naukowe zderzaczy elektronowo/pozytronowych. Tematyka obejmuje zagadnienia niestabilności wiązki w pierścieniach nowej generacji. Obecnie to zagadnienie dotyczy nowych wiązek budowanych i modernizowanych akceleratorów jak: nowy tor iniekcyjny dla LHC, kompleks akceleratorowy FAIR, oraz ISIS i PSI- HIPA. Jednym z badanych rozwiązań jest zastosowanie technologii magnesów FFAG o stałym polu i zmiennym gradiencie. Dynamika wiązek cząsteczkowych w modernizowanych i nowych

11 akceleratorach wymaga zastosowania nowych rozwiązań magnesów. Z wiązkami wysokiej jakości związane są zagadnienia analitycznego wyznaczania obszaru stabilności wiązki w aperturze magnesu, określenie apertury dynamicznej, określenie warunków stabilizacji rezonansu wiązki w pierścieniu akceleracyjnym, tzw. pułapkowanie rezonansu w czterowymiarowej przestrzeni fazowej (orbita z falą stojącą), redukcji szumów, i zjawisk zniekształcających wiązkę, lawinowego powielania elektronowego, multipackingu w torze akceleracyjnym, redukcji efektów związanych z ładunkiem przestrzennym, niestabilności, impedancja i zjawiska kolektywne, badanie zjawisk niekoherentnych powodowanych przez rezonanse wiązki spowodowane błędami nieliniowymi pól magnetycznych. Polaryzacja wiązki cząsteczkowej Zjawisko polaryzacji było wykorzystywane jedynie częściowo do określania właściwości cząsteczek i procesu ich akceleracji. W przypadku wiązek ekstremalnych badanie zjawisk polaryzacji nabiera innego większego i znacznie szerszego znaczenia. Obserwacje zjawisk polaryzacyjnych dodaje wiele danych obserwacyjnych w porównaniu z eksperymentami niepolaryzacyjnymi. Różnice pomiędzy oboma takimi eksperymentami wskazują na: zachowanie, lub nie zachowanie, stanu polaryzacji; obserwacje potencjalnych różnic pomiędzy cząstkami i antycząstkami; inne zachowania leptonów i hadronów, itp. Badania zjawisk polaryzacyjnych obejmują zarówno polarymetrię o wielkiej dokładności w eksperymentach rozpraszania niskoenergetycznych elektronów, jak i dynamikę depolaryzacji wiązki w pierścieniach akumulacyjnych wielkiej energii, także zjawiska w czasie kolizji spolaryzowanych wiązek elektronowych i jonowych. Fundamentalne pytania dotyczące polaryzacji są: jakie są najbardziej efektywne miary polaryzacji w obecnych eksperymentach, czy warto badać polaryzację antyprotonu, jaki jest potencjał badawczy związany z precyzyjną kontrolą spinu w pierścieniach akumulacyjnych, czy kontrola spinu powinna być uwzględniana w przyszłych rozwiązaniach infrastruktur akceleratorowych? Magnesy przyszłości Magnesy przyszłości dla techniki akceleratorowej obejmują kilka klas urządzeń. Dla eksperymentów wysokoenergetycznych badane są masywne urządzenia nadprzewodzące klasy 10kA-20T. Nowa klasa obejmuje urządzenia 5T-HTS, dipole autonomiczne oraz inserty do dużych magnesów wielkoaperturowych. Magnesy przyszłości i kable energetyczne dla nich bazują na materiałach z rodziny wysokotemperaturowych nadprzewodników. Testowane są materiały HTS (BSCCO, YBCO-GBCO-REBCO), konstrukcje kabli HTS (taśmy i druty), sposoby nawijania kabli nadprzewodzących, optymalizacja konstrukcji kabli, parametry kabli jak maksymalna dopuszczalna gęstość prądu (prąd krytyczny na całkowity przekrój poprzeczny przewodnika w kablu), wpływ ciśnienia i sił w magnesach o dużym natężeniu pola, impregnaty, izolacja, zjawiska zmęczeniowe spowodowane cyklicznymi zmianami temperatury. Projektowane są i badane są nowe konstrukcje magnesów klasy 20T i 5T HTS. Rozwijane są projekty magnesów taśmowych YBCO 5kA 20T. Nowe konstrukcje uwzględniają właściwości materiałów HTS i optymalizują rozkład sił naprężeń przy znacznych wartościach pola magnetycznego. Materiały kolimacyjne Testowane są nowe materiały przeznaczone do ochrony struktur akceleratorowych i ukierunkowania/absorpcji wiązki rozproszonej. Materiały są odporne na depozyt energii o znacznej gęstości. Grupy badanych materiałów obejmują kompozyty miedziano-diamentowe - CuCD, molibdenowo węglowo - grafitowe MoGr. Materiały

12 posiadają niewielki współczynnik rozszerzalności termicznej w szerokim zakresie temperatur o C i bardzo wysoki współczynnik przewodności termicznej, rzędu 800 W/mK w temperaturze pokojowej. Materiały te wzbudzają znaczne zainteresowanie przemysłu. Innowacyjne technologie RF i SRF Celem badawczym w obszarze RF/SRF jest zwiększenie gradientu pola przyspieszającego w mikrofalowych wnękach rezonansowych, oraz zmniejszenie emitancji wiązki, a także optymalizacja wydajnej współpracy akceleracyjnych technik ciepłej i nadprzewodzącej. Akceleracja wiązki wysokiej jakości wymaga precyzyjnej diagnostyki i kontroli pozycji wiązki we wnęce oraz wzbudzanych pól pasożytniczych. Rozwój technik diagnostycznych idzie nieuchronnie w kierunku monitoringu znacznie większej ilości parametrów procesu akceleracji, akceleratora i infrastruktury technicznej. Opracowano nowe techniki osadzania nadprzewodzących cienkich warstw wysokiej jakości (Nb3Sn). Zastosowano technologię PEALD plazmowego osadzania warstw atomowych. Techniki wykorzystano do produkcji prototypowych wnęk akceleracyjnych, a także do budowy testowych linii produkcyjnych. Testy są prowadzone na wnękach typu TESLA jednocelowych o częstotliwości rezonansowej 1,3 GHz. Wnęki z nadprzewodzącą warstwą cienką są charakteryzowane i porównywane z rozwiązaniami nadprzewodzących wnęk objętościowych. Opracowano wnękę kwadrupolową do testów zaawansowanych technik osadzania cienkich warstw. Tworzone są cienkie struktury wielowarstwowe wykazujące mniejszą rezystancję niż objętościowy Niob. Inne prowadzone prace w tym zakresie obejmują: nowe metody o zwiększonej efektywności tworzenia zgęstek w wiązce elektronowej z klistronu, ciepłe wnęki o ultra-wysokim gradiencie, implementacja modulatorów elektro optycznych w celu transportu i akwizycji sygnału wielkiej częstotliwości, nowe rozwiązanie elektroniki dla diagnostyki modów wysokiego rzędu HOM, symulacje i badania stabilności ośmiownękowego łańcucha kształtujących zgęstkę rezonansowych wnęk akceleratorowych dla częstotliwości potrójnej 3,9 GHz, poszukiwanie modów jednobiegunowych dla tej częstotliwości, charakteryzacja (sprawność kwantowa i spektrum energii emisji elektronowej) i testy fotokatod RF optymalizowanych dla dużego prądu impulsowego i dużego prądu średniego w iniektorach ciepłych i nadprzewodzących, badania nowych materiałów na fotokatody. Nowe akceleratory i nowe techniki akceleracji Badane są techniki akceleracji bazującej na plazmie. Zgłoszono projekt budowy Europejskiej testowej infrastruktury plazmowo akceleratorowej w ramach H2020. Prace dotyczą wiązek elektronowych o dużej jasności generowanych przy pomocy akceleratorów laserowo plazmowych. Istotna jest synchronizacja czasowo przestrzenna na poziomie femtosekundowym pomiędzy impulsami laserowymi pompy oraz wstrzykiwanych relatywistycznych zgęstek wiązki elektronowej. Prace laboratoryjne nad synchronizacją fs są prowadzone w kilku ośrodkach, wyposażonych w elektronowe liniaki nadprzewodzące i adekwatne lasery Ti-Szafir dużej mocy, np. ELBE, FLASH. Także zainteresowanie budzą prace nad akceleracją protonów w polach wzbudzonych - AWAKE. Rozwijane i charakteryzowane są jedno i wielostrumieniowe, supersoniczne tarcze gazowe (np. He) o precyzyjnie kontrolowanym i dobrze zlokalizowanym ultraszybko zmiennym, o wymiarach mikrometrowych, lokalnym gradiencie gęstości plazmy (tworzonym metodą fali

13 uderzeniowej). Dokładna charakteryzacja szybkozmiennego gradientu jest wykonywana metodą interferometrycznej tomografii dwukątowej (LOA, LLC). Prowadzone są eksperymenty z wiązką SPS w CERNie nad jej samo-modulacją w plazmie wzbudzaną indukcją (seeding) laserową. Tego typu eksperymenty z mikro-falowodowaniem i akceleracją wiązki elektronowej (a w przyszłości mionowej i protonowej) w plazmie są prowadzone w kilku laboratoriach zainteresowanych akceleracją plazmową. Badane są ograniczenia przyszłych liniaków nadprzewodzących o extremalnych energiach i natężeniach oraz jasnościach wiązki. Wiązka o znacznej dynamice, gromadząca wielką energię wymaga nowych, ultra-szybkich metod sterowania i sprzężenia zwrotnego, redundantnych szybkich metod diagnostyki (uwzględniających zjawiska akceleracyjne wyższego rzędu), innych w kierunkach poprzecznych i wzdłużnych. Ultra szybkie metody wzdłużnego sprzężenia zwrotnego dotyczące wiązki elektronowej i fotonowej są testowane na liniaku elektronowym i laserze FEL, w maszynie FLASH w DESY. Ultra precyzyjna czasowo-przestrzenna, femtosekundowomikrometrowa, z jitterem kątowym rzędu µrad, synchronizacja pomiędzy wzbudzającymi plazmowe pole GeV femtosekundowymi impulsami laserowymi wielkiej mocy a wstrzykiwanymi do takiej wzbudzonej periodycznie plazmy relatywistycznymi zgęstkami elektronowymi jest testowana z zastosowaniem liniaka nadprzewodzącego ELBE i lasera Ti:Sa Draco w laboratorium HZDR. Obie wiązki są skupiane i pokrywają się w punkcie interakcji. W wyniku interakcji, poprzez wsteczne rozpraszanie Thomsona, generowane są intensywne, ultra-krótkie impulsy twardego promieniowania X. Stabilna generacja impulsów X świadczy o wysokiej jakości synchronizacji elektronowo-fotonowej i jest krokiem na drodze zarówno badania zjawisk periodycznych w plazmie mogących prowadzić do generacji koherentnego światła synchrotronowego, jak i plazmowej akceleracji elektronów w laserowym polu wzbudzonym. W wielu laboratoriach badane są: tworzenie kapilarnych kanałów plazmowych, zjawiska stabilnego nieliniowego samo-ogniskowania relatywistycznie wstrzykiwanych zgęstek elektronowych w plazmie, ewolucja impulsu laserowego w kanale plazmowym, plazmowe produkty reakcji akceleracyjnej, relatywna siła procesu interakcji elektron-plazmapole wzbudzone-foton. Testowane są metody tworzenia znacznego gradientu przejścia gazplazma, jak front jonizacyjny, impuls laserowy poprzedzający zgęstkę protonową, nagle kończenie długiego impulsu protonowego, w celu zwiększenia natężenia pola wzbudzonego w plazmie. Modulacja długiego impulsu protonowego następuje z okresem laserowo wzbudzonej fali plazmowej. Celem jest uzyskanie kanałów plazmowych o właściwościach periodycznych pola wzbudzonego o znacznej długości. Sub-femtosekundowa synchronizacja pomiędzy wiązką elektronową i laserową jest wymagana w akceleratorach plazmowych oraz w eksperymentach pompa-próbka z zastosowaniem laserów FEL (FLASH) zasilanych liniakiem nadprzewodzącym. Laser ten działa w modzie impulsowym z maksymalną częstotliwością repetycji impulsów 3 MHz. Konieczna jest stabilizacja procesu kompresji oraz korekcja fluktuacji czasu transmisji zgęstek elektronowych poprzez wprowadzenie modulacji energetycznej przed magnetycznym kompresorem zgęstek. Rolę ultra-szybkiego aktuatora spełnia szerokopasmowa wnęka normalnie przewodząca z pętlą sprzężenia zwrotnego o małej latencji. Czas przyjścia zgęstek i stabilność kompresji są monitorowane przez detektory BAM i BCM połączone sprzężeniem zwrotnym z aktuatorami fazy i amplitudy. Korekcja czasu przyjścia jest wykonywana na

14 początku liniaka poprzez zależną od energii drogę transmisji w magnetycznych kompresorach zgęstek. Nowe koncepcje akceleratorów, w szczególności plazmowo-laserowe, wzbudzają znaczne zainteresowanie badawcze. W ramach projektu EuCARD 2 powołano Europejską Sieć nowych Koncepcji Akceleratorów EuroNNAc. Sieć organizuje cykl spotkań i warsztatów pt. Zaawansowane Koncepcje Akceleracji EAAC European Advanced Acceleration Concepts. Celem działań jest koordynacja działań nad akceleracją laserowo-plazmową w Europie, definicja koherentnego programu badań, wystąpienia o projekty badawcze w tym zakresie w ramach H2020 (EuPRAXIA, Hi-FLUX, ELBA), określenie optymalnych obszarów badań, przygotowanie wspólnych standardów odniesienia, budowa Europejskiej infrastruktury pilotowej. Parametry techniczne infrastruktury określona na: ultra-kompaktowy FEL 250 m, energia wiązki 5 GeV, ładunek 1-10 pc, częstotliwość repetycji 10 Hz, prąd maksymalny ka, długość zgęstki 10 fs, rozproszenie energii 0,1%, znormalizowana emitancja poprzeczna nm. Wyniki EuPRAXIA są potencjalnie przeznaczone po roku 2020 do rozwoju technologii ultra kompaktowych FEL m, ultra kompaktowych akceleratorów medycznych, oraz kompaktowych liniowych zderzaczy plazmowych 3-5 km do badań w obszarze HEP. Rozwój techniki akceleratorowej dla celów badawczych w obszarze fizyki wysokich energii stymuluje postęp techniczny w takich dziedzinach jak: nowe rozwiązania elektroniki, czujniki pomiarowe, techniki SRF, kriotechnika, nadprzewodnictwo, wnęki mikrofalowe o ekstremalnych dobrociach, elektrooptyczne metody pomiarowe o dużej dokładności, technika laserowa, technika plazmowa, optyka elektronowa, optyka atomowa, nowe materiały, miniaturyzacja akceleratorów, i wiele innych. Postępy w obszarze badawczym stymulują wiele nowych zastosowań akceleratorów w technice, przemyśle i medycynie. Literatura [1] EuCARD 2 zasoby Internetowe i Intranetowe [2] EuCARD 2, Project Periodic reports, CERN, Genewa 2014, 2015 [3] R.S.Romaniuk, Lasery rentgenowskie LCLS i LCLS II: SLAC, Elektronika, vol.54, 2013, nr.5, str [4] R.S.Romaniuk, Europejski Laser rentgenowski, Elektronika, 2013, vol.54, nr.4, str [5] K.T.Pozniak, R.S.Romaniuk, et.al., Gigabitowy moduł optoelektroniczny do system LLRF TESLA, Elektronika 2005, no.7, [6] R.S.Romaniuk, Eksperyment CBM, Elektronika, 2015, vol56, nr.9, str [7] The CBM Collaboration, V,Friese, Ch.Sturm (Edit.), Compressed Barionic Matter experiment at FAIR, Progress Report 2014, GSI, Darmstadt, April 2015, ISBN [8] R.S.Romaniuk, Kompaktowy Solenoid Mionowy: perspektywa dekady, Elektronika, 2013, vol.54, nr.3, str [9] R.S.Romaniuk, Eksperyment TOTEM, Elektronika, 2015, vol.56, nr.6, str , DOI: / [10] R.S.Romaniuk, Fuzja: perspektywa 2050, Elektronika, 2013, vol.54, nr.6, str.73-75

15 [11] R. S. Romaniuk, Instytut Systemów Elektronicznych w projektach CARE i EuCARD; Badania i zastosowania akceleratorów w Europie, Elektronika, vol. 50, nr 8/2009, str [12] R. S. Romaniuk, K. T. Poźniak, T. Czarski, Udział Politechniki Warszawskiej w programie CARE, Elektronika nr 2-3, 2005, str. 75. [13] R. S. Romaniuk, EuCARD 2010: European coordination of accelerator research and development, Proc.SPIE 7745, paper 77450E (2010). [14] R. S. Romaniuk, Accelerator infrastructure in Europe : EuCARC 2011, Proc. SPIE, vol. 8008, art. no (2011). [15] R. S. Romaniuk, Accelerator Science and Technology in Europe : EuCARD 2012, International Journal of Electronics and Telecommunications, 2012, Vol. 58, No. 4, pp [16] R. S. Romaniuk, POLFEL : laser na swobodnych elektronach w Polsce, Elektronika, vol. 51, nr 4, str (2010). [17] R. Romaniuk, EuCARD 2010 : Technika akceleratorowa w Europie EuCARD, Elektronika vol. 51, no. 8, pp (2010). [18] R. Romaniuk, Infrastruktura akceleratorowa w Europie : EuCARD 2011, Elektronika, vol. 52, no. 12, pp (2011). [19] R. S. Romaniuk, Technika akceleratorowa i eksperymenty fizyki wysokich energii, Wilga 2012, Elektronika, vol. 53, Nr 9, 2012, str [20] R. S. Romaniuk, Fizyka fotonu i badania plazmy, Wilga 2012, Elektronika, vol. 53, nr 9, 2012, str [21] Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Technika Akceleratorowa,