Tieteen suurhankkeet raportti: Diagnostiikka

Transkriptio

1 Tieteen suurhankkeet raportti: Diagnostiikka Maaliskuu 2006

2 Sisällysluettelo 1. TIIVISTELMÄ JOHDANTO TEKNOLOGIASEKTORIKOHTAISET MAHDOLLISUUDET TIETEEN SUURHANKKEISSA ITER ITER-DIAGNOSTIIKKA ITER DIAGNOSTIIKAN EU:HUN KOHDISTUVAT HANKINNAT CERN ESO ESO:N TARPEET TEKNOLOGIAKOHTAISET TARPEET TEKNOLOGIANSIIRTO JA T&K YHTEISTYÖMAHDOLLISUUDET HANKINTOJEN JA MAHDOLLISUUKSIEN AJOITTUMINEN ESRF GSI/ FAIR SUOMALAISET OSAAJAT, PARTNERIT JA ASIANTUNTIJAT SUOMALAISET HANKKEET JA OSAAMISKESKITTYMÄT, KONTAKTIT MUKAAN PÄÄSEMISEKSI YHTEENVETO LOPPULAUSE Toimittajat Eila Koskiahde, Mikko Siuko, Prizztech Oy Sami Humala, Kalle Hammar ja Antti Heikkilä, Finpro ry

3 1. TIIVISTELMÄ Finpro koordinoi kansallisesti yhteistyökumppaniensa kanssa tieteen suurhankkeita, kansainvälistä fuusiokoereaktoria (ITER), Euroopan hiukkastutkimuskeskusta (CERN), eurooppalaista observatoriohanketta (ESO), synkrotronisäteilyn tutkimuslaitosta (ESRF) sekä antiprotoneja ja ioneja tutkivaa GSI/FAIR-hanketta. Tämä selvitys pyrkii erittelemään ja kokoamaan tietoa näiden tieteen suurhankkeiden diagnostiikkajärjestelmien tulevista tarpeista lähivuosina sekä pitkällä aikavälillä aina parinkymmenen vuoden päähän asti. Suomalaiset yritykset ja tutkimuslaitokset voivat myös olla kiinnostuneita selvittämään omien teknologioidensa tai ratkaisujensa mahdollisuuksia tulevissa diagnostiikkahankkeissa ja näin hyötymään tiedehankkeista niin kaupallisesti kuin teknologisestikin. Tieteen suurhankkeet -projektin asiantuntijoilta saa lisätietoa diagnostiikkajärjestelmien erityisosaamista vaativista teknologioista ja erikoismateriaaleista sekä erittäin vaativista toimintaolosuhteista (mm. valtava tiedonsiirtomäärä, äärimmäiset tarkkuudet, tyhjö, paine, säteilyalttius, eroosio, erittäin suuret lämpötilaerot, magneettikentät, tilanpuute, vaikeapääsyisyys). Seuraaviin diagnostiikkajärjestelmien tuleviin tarpeisiin on viime aikoina reagoitu Suomesta: säteilydosimetria, hiukkas- ja säteilydetektorit, alimillimetrialueen instrumentit sekä näihin liittyvä elektroniikka ja järjestelmien ohjaus

4 2. JOHDANTO Tieteen suurhankkeissa erilaiset diagnostiikkajärjestelmät ovat keskeinen vaatimus toiminnalle eli tieteelliselle tutkimukselle. Tämä tarjoaa laajasti mahdollisuuksia, joita on eritelty ja koottu tähän selvitykseen perustuen tiedekeskuksien painopisteisiin ja suomalalaiseen osaamiseen. Hankkeiden tilanteet kehittyvät ja muuttuvat nopeasti. Kiinnostuneet voivat ottaa yhteyttä asiantuntijoihin, joilta saa tarkempia tietoja ajankohtaisesta tilanteesta. Selvityksen kohderyhmänä ovat erilaista mittaustekniikkaa, diagnostiikan komponentteja ja järjestelmiä suunnittelevat ja tuottavat yritykset ja tutkimuslaitokset. Selvitys on tehty Tekesin tilaaman Tieteen suurhankkeet projektin osana ja tarkoitus on avata suomalaisille yrityksille ja yhteistyöstä tiedehankkeiden kanssa kiinnostuneille toimijoille. Raportin pohjalta mahdollisuuksia tunnistaneiden tahojen suositellaan ottavan yhteyttä Prizztechin Eila Koskiahteeseen tai Kalle Hammar 3. TEKNOLOGIASEKTORIKOHTAISET MAHDOLLISUUDET TIETEEN SUURHANKKEISSA 3.1. ITER Seuraavissa kappaleissa on kuvattu tiiviisti keskeisimmät aihealueeseen liittyvät tulevat tarpeet eri keskuksissa, tunnistetut yhtäläisyydet ja keskeiset teemat. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) on kansainvälinen fuusiokoereaktori, joka rakennetaan Ranskan Cadaracheen. ITERin tarkoituksena on osoittaa fuusioenergiatuotannon toteutettavuus tieteellisesti sekä teknologisesti. ITERin fuusiotehoksi on suunniteltu 500 megawattia ja rakennuskustannuksiksi on arvioitu noin 4,5 miljardia euroa. Rakennustyöt alkavat vuoden 2008 aikana ja suunnitelman mukaan laitos aloittaa toimintansa vuonna ITER rakennetaan Cadarachen tutkimuskeskukseen Etelä-Ranskaan. ITER-hankeeseen osallistuvat EU, Japani, Kiina, Etelä-Korea, Venäjä ja Yhdysvallat sekä joulukuussa 2005 hankkeeseen liittynyt Intia

5 Kuva 1 ITER-reaktori (lähde: ITER) Euroopan fuusio-ohjelmaa koordinoidaan EFDA-sopimuksella (European Fusion Development Agreement). EFDA on osa pitkän tähtäimen yhteistyöohjelmaa, joka pyrkii kehittämään fuusiota sekä edistämään alan tutkimuksellista yhteistyötä Euroopan Unionissa, Sveitsissä, Tshekin tasavallassa, Romaniassa, Unkarissa ja Latviassa. Vuodesta 1999 asti Joint European Torus-fuusiotutkimuslaitos (JET) on ollut EFDAn alaisuudessa. Jäsenmaiden tutkimusryhmillä on ollut mahdollisuus lähettää henkilöitä JETin koereaktorin käyttöhenkilökuntaan. JETillä testataan valtaosa tulevista ITER:in suunnitteilla olevista diagnostiikkaratkaisuista. EFDA tullaan ajamaan alas vuoden vaihteessa ja toiminta siirtyy ELEen (European Legal Entity), joka pystyy hiukan vapaammin hoitamaan ITER-hankintoihin liittyviä sopimusprosesseja. Suomalaiset tutkimuslaitokset ja teollisuus ovat kehittäneet teknologiaa ITERiä varten Tekesin FUSION-teknologiaohjelmassa. Ohjelmaan osallistuvat VTT, Teknillinen korkeakoulu, Tampereen ja Lappeenrannan teknilliset yliopistot, Helsingin yliopisto sekä useat teollisuusyritykset. Teknologiaohjelmaa koordinoi VTT ja sitä rahoittavat Tekes, Euroopan atomienergiayhteisö Euratom sekä osallistuvat laitokset. Fuusioenergiaohjelma vastaa tieteellisestä ja teknisestä tutkimuksesta. Teollisuusyhteistyötä hoitavat Prizztech FinnFusion-ryhmänsä puitteissa ja Finpro osana Tieteen suurhankeet -projektia

6 ITER hankinnat ja sharing Seuraavassa kuvassa on ITER:n viimeisin arvioitu aikataulu, jonka uskotaan laajasti myöhästyvän heti alkuunsa, kun projektin liikkeelle saaminen vaatii jo oman aikansa. Mm. amerikkalaiset ovat arvioineet julkisesti aikataulun viivästyvän heti alkuunsa ainakin vuoden verran. ITER tulee hankkimaan valtaosan järjestelmistään osallistuvilta osapuolilta (EU, Japani, Kiina, Etelä-Korea, Venäjä, Yhdysvallat, Intia).suhteessa näiden rahoitusosuuksiin. Jäsenten kesken on sovittu ns. sharing. Sharing-neuvotteluissa on sovittu alueista, joille eri osapuolet toimittavat järjestelmiä ja komponentteja ja jonka mukaan hankinnat ja kulut jakautuvat. Lisäksi on ns. FUND alueita ( hankintapaketit jotka vaativat paljon suunnittelua ja integrointityötä muuhun järjestelmään). Ne ITER-organisaatio hankkii suoraan eikä niitä ole jaettu Sharing-sopimuksissa. FUND leimalla varustettuihin paketteihin hankitaan paras osaaminen mistä tahansa jäsenmaasta tai jopa näiden ulkopuolelta. Suomalaiset yritykset voivat pyrkiä ensisijaisesti tarjoamaan palveluitaan osana EU:n osuuutta tästä jaosta (ns. EU:n in kind toimituksina) jotka hankitaan keskitetysti EU kilpailutuksen kautta. Muita mahdollisuuksia on suoraan keskusorganisaatiolle myynti FUND osuuksiin, Huippuosaamista voidaan myös myydä muulle osapuolelle jonka pitäisi toimitta ITER:n jakoon perustuva hankintapaketti.mutta kyseistä osaamista ei ole. Lisäksi EUn ja Japanin välillä on sovittu ns. Broader Approach menettelystä, jossa niputetaan monia tulevia tiede- ja teknologiahankkeita. Euroopan ja Japanin osuudet tulisivat olemaan n. 339 M. - ITER-laitteen Japaniin sijoitettava etä-käyttökeskus, jossa tutkitaan mahdollisuuksia laitteen etäkäyttöön. - Virtuaalinen plasmanmallinnuslaboratorio, jossa pyritään nopeuttamaan ITERkokeita plasmamallien avulla, ennustamaan plasman käyttäytymistä ja tulkitsemaan ITERistä saatuja tuloksia. - Japanilaisen JT-60 reaktorin päivitys satelliiti Tokamakiksi joka tukee ITERtutkimusta. - Seuraavan sukupolven fuusiolaitteen DEMO suunnitteluryhmän tukeminen - Fuusiolaiteen materiaalien tutkimus- ja luokituslaitteisto IFMIF - 6 -

7 Kuva 2 ITER rakennusvaiheen aikataulu [1] Valtaosa diagnostikasta ja detektoreista tulee hankintaan vasta projektin päästyä kunnolla vauhtiin vuoden 2008 jälkeen, mutta prototoimituksia ja osallistumismahdollisuuksia testeihin JET:issä on tarjolla jo parhaillaan. ITERin rakennuskustannukset ovat jaettu 7 sopimuspuolen kesken. Osapuolet kustantavat toimitusten kautta (ns. in-kind) hanketta suhteessa - EU: JA:CN:IN:KO:RF:US = 4:2:1:1:1:1:1. EU:n in-kind hankintojen arvoksi tulee noin 1,5 miljardia euroa ITER-Diagnostiikka ITER-diagnostiikka pitää sisällään mittausjärjestelmiä, joiden avulla saadaan tietoa plasmaparametreista, sekä plasman ja seinämän välillä tapahtuvista prosesseista. Diagnostiikan tarkoituksena on fuusiofysiikan tutkimus, fuusiolaitteen ohjaus ja valvonta, suorituskyvyn arviointi ja optimointi sekä reaktorin käytön turvallisuus. Diagnosoitavia asioita on listattuna alla olevassa kuvassa Diagnostiikka pitää sisällään koko järjestelmän antureista ja rakenteista johtojen tai valokuitujen kautta ilmaisimille, elektroniikkaan ja tiedonkeruuseen. ITER-diagnostiikka ja tiedonsiirtojärjestelmä (CORAC) -hankkeet ovat 6,2 % (265 M ) kaikista ITERiin tulevista hankinnoista

8 Diagnostiikalla tarkkailtavia suureita ja tekniikoita joilla suureita tarkkaillaan, on listattu kuvissa alla Kuva 3 ITERissä diagnosoitavia asioita. C. Ingesson, Esitys, Espoo 1/2005 Kuva 4 Diagnostiikkaan käytettäviä tekniikoita ITERissä. C. Ingesson, Esitys, Espoo 1/

9 Koska diagnostiikalla tarkkaillaan plasmaa ja magneettikenttiä, tullaan diagnostiikkakomponentteja sijoittamaan paikkoihin joissa ollaan mahdollisimman lähellä itse reaktiota: - Reaktorin ja divertor 1 -elementtien sisään - Tyhjökammion sisään - Torusportteihin 2 (yläportti, equattoritason portti tai divertor-portti) - Etäkäyttöön Tokamakin ulkopuolelle ITER-diagnostiikka tulee toimimaan ääriolosuhteissa. Merkittävän osan diagnostiikkajärjestelmien rakenteesta muodostavatkin erilaiset asennusmodulit, suojarakenteet, sulkimet ja läpivienti-ikkunat. Monia tieteellisiä instrumentteja sijoitetaan lähekkäin reaktorikammioon johtaviin portteihin. Seuraavassa on listattu keskeisimpiä vaatimuksia: - Reaktiokammiossa 100 miljoonan asteen lämpötila - Toimiminen tyhjössä - Säteilyolosuhteet - Huoltovapaus / etähuollettavuus - Tiukat QA -vaatimukset Kuva 5 Diagnostiikkapoikkileikkaus, lähde 1 ) Divertori on reaktorin pohjalla sijaitseva vaihdettava elementti. 2 Reaktorin läpiviennit, joista osa on tarkoitettu huoltosisäänkäynneiksi, osa plasman ylläpitoon liittyviä järjestelmiä varten ja osa diagnostiikkaa varten - 9 -

10 3.3. ITER diagnostiikan EU:hun kohdistuvat hankinnat Diagnostiikkaa tullaan kehittämään ja myöhemmin hankkimaan kaikilta osapuolilta. Diagnostiikan hankintapaketit ja niiden jako on sovittu seuravasti: Magnetics 3.3 M Neutron Systems 10.1 M Optical Systems 25.7 M Bolometry 6.7 M Spectroscopic 22.5 M Microwave 17.7 M Operational Systems 11.0 M EU=25.0% JA=14.2% RF=13.5% CN=3.3% KO=3.3% US=16% IN=3.2% FUND=21.5% Standard Diagn M Jaon mukaan Euroopalla on 25% (42 M ) toimitusosuus koko ITER diagnostiikasta ja mahdollisuus kilpailla 21,5% (36 M ) Fund-osuuden piiriin jäävistä toimituksista. Diagnostiikkajärjestelmät tulevat olemaan viimeisiä reaktoriin asennettavia laitteita ja samoin hankinta-aikataulu sen mukainen. Diagnostiikkajärjestelmien jako eri osapuolille ei ole vielä täysin selvä

11 Todennäköisiä EU:n alueelle kohdistuvia, pitkän aikavälin ITER-diagnostiikkahankintoja on kuitenkin eritelty seuraavaan listaan. ( Campbell, Ingeson) Diagnostiikka Magneettinen diagnostiikka Plasman sijainnin reflektometria Plasman ytimen LIDARmittaus Plasman ytimen CXRS-mittaus Säteittäinen neutronikamera, neutronispektrometria Laajakulmakatselujärjestelmä Röntgensädekidespektroskopia Bolometri Paineenmittauslaitteet Lämpötilanmittauslaitteet Kollektiivinen Thomsonsironta Diverttorin termografia Intialle mahdollisesti siirtyvät: Röntgensädespektroskopia Diverttorin termografia Eroosiomonitori Tekniikka magneettikenttämittaukset mm-aaltoalue optinen Thomson-sironta VIS-spektroskopia neutronimittaukset IR-, VIS-kamerat X-ray spektroskopia IR X-ray alue ~60 GHz IR Taulukko. EU-osuus ITER-diagnostiikkatoimistuksista (Campbellin, Barcelona, 12/2005)

12 Seuraavat teknologiat ovat keskeisiä ITER-diagnostiikkajärjestelmissä. Osa kaipaa vielä kehitystyötä säteilyvaikutusten ja huollontarpeen minimoimiseksi : Optiset järjestelmät: Optomekaniikka: Ilmaiseminen, kuvantaminen, analysoiminen: Korkeatehoisia lasereita LIDARiin Laserit o FIR UV -alue Spektrometrit ja ilmaisinjärjestelmät o X-ray VIS -alue o UV mm-aaltoalue Lähteet, siirto- ja ilmaisinjärjestelmät o FIR mm μm -alue Peilit, linssit, ikkunat (puhdistettavat, säteilynkestävät, läpäisemätön liitos) o VUV μm -alue Optiset siirtojärjestelmät o mm-aalto UV -alue Optiset penkit Endoskoopit / Optinen laitteet ja Röntgensäteet Röntgensädekiteet Muut optiset ja röntgensädelaitteet Detektorit (Elektromagneettisen säteilyn detektorit) o DC γ-säde alue o neutroni ja neutraalit hiukkaset Tyhjöikkunakokoonpanot o mm-aalto γ-säde alue Kuvantaminen; IR-kamerat o FIR VIS -alue Magneettinen ilmaiseminen o DC 105 Hz Mm-alueen teknologiat o GHz Bolometrit (säteilynkestävät, mahdollisesti eiinduktiiviset magneettiset) o koko säteilyalue Paine- ja kaasuanalyysit Tiedonsiirto, kontrollointi: Muuta : Optiset kuidut ja optoelektroniikka (säteilynkestävä) Monimutkaiset kontrolli-, tarkistus- ja kalibrointijärjestelmät Säteilynkestävät keraamiset pinnoitteet (minimaalinen hiukkasten irtoaminen) Säteilynkestävät magneettiset kelat Paineenmittauslaitteet

13 Lisätietoa eri järjestelmistä on saatavissa mm. seuraavilta sivuilta: Lyhyt aikaväli Lyhyellä aikavälillä eli seuraavien muutaman vuoden aikana ( ) aukeavat mahdollisuudet ITER-diagnostiikan suhteen keskittyvät seuraaviin: JET-fuusiolaitteen diagnostiikkaa päivitetään ITERin kaltaiseksi, jotta voidaan testata ITER:iin tulevia teknologioita olemassa olevalla koneella. Tietoa hankkeista saa mm. suomalaisilta teollisuusasiamiehiltä ja www-sivuilta ITER-diagnostiikan tutkimuspainotteiseen verkottumiseen eli osaajaryhmien muodostamiseen ja yhteishankkeiden muodostamiseen. Tässä kansalliset ja kansainväliset verkot ja kontaktit EFDAan ovat oleellisia. Uusia ideoita tutkimussuunniksi tai tutkittaviksi teknologisiksi vaihtoehdoiksi voi ehdottaa eri assosiaatioiden kautta eli Suomen tapauksessa Tekesin kautta. Nämä voivat olla spontaaneja ehdotuksia, kuten langattoman tekniikan mahdollisuuksien hyödyntäminen tai vastaava uusi idea. Lisätietoa lyhyentähtäimen mahdollisuuksista saa mm. www-sivuilta ja Kuvassa 6. on listattu keskeisimmät lähivuosiksi suunnitellut hankkeet diagnostiikan alalta ITER:n ja fuusio-teknologioiden alueelta

14 JET & ITER Diagnostics development at JET (ITER like) Burning plasma diagnostics - Upgrade of Gamma ray Spectroscopy - Upgrade of neutron camera electronics - Development of fast electronics for neutron diagnostics - MPR after burner - Low energy NPA upgrade - Upgrade of lost alpha diagnostics based on the activation technique - TOFOR JETin huoltoseisokki 2010 Profile diagnostics and real time - Li-Beam - ECE - Real time - Upgrade to core/edge LIDAR - Upgrade to HRTS - Edge HRTS Diagnostics for turbulence - Coherent Thomson scattering - Fast cameras for turbulence - 2D X-ray imaging Diagnostics for the new JET Upgrades Diagnostics for the new wall - Spectroscopy - Erosion/ deposition and tritium retention diagnostics -Poloidal array thermocouples Diagnostics for the new control system - Magnetics -CXRS and MSE Upgrades Diagnostics for the new pellet -Pellet diagnostics (microwave cavities, diodes and camera) Diagnostics for ITER (ITER prototypes) Burning plasma diagnostics -CTS mm wave -FW reflectometer -Development of a TOFOR for measurements of 14 MeV spectra -Development of compact spectrometers -Micro Fission Chambers -Bubble chambers -Emission Foils -2D neutron imaging Radiation hardness tests -Hall probes -RICM current Real time -Plasma position reflectometry Kuva 6 Keskeisimmät lähivuosiksi suunnitellut hankkeet diagnostiikan alalta ITER:n ja fuusio-teknologioiden alueelta

15 Pitkä aikaväli Viimeisen torusportin hankinta ja valmistaminen on suunniteltu vuosille Diagnostiikkajärjestelmät ovat viimeisiä ITERiin integroitavia (asennettavia) järjestelmiä, joskin niiden mekaniikka ja muut tarpeet tulee ottaa huomioon muuta reaktoria valmistettaessa. Kuvassa 6. on esitetty arvio rakentamisen ja hankintojen vaiheistuksesta ITERin käynnistymiseen. ITER pitkä aikaväli Diagnostiikkaosaajien verkottuminen Teknologiansiirto-ohjelmaan osallistuminen ITER-diagnostiikan kehityshankkeet Esiselvitykset JETin alasajo 1. ITERin plasma syttyy Yksittäisiä prototyyppejä Diagnostiikkajärjestelmien toimittaminen Yksittäisten laitteiden ja komponenttien toimituksia Ensimmäinen torusportti Viimeinen torusportti Kuva 7 Toimenpiteitä pitkällä aikavälillä

16 Teknologiansiirto ja T&K yhteistyömahdollisuudet Edellisissä kohdissa oli listattu teknologioita joilla olemassa olevat ratkaisut eivät vielä ole täysin tyydyttäviä ja uudet ideat/ratkaisut ovat tervetulleita. Tällaisia mahdollisia suomalaiseen osaamiseen sopivan näköisiä hankkeita voisivat olla mm: Paikkaherkkä detektori/gem Detektori neutronimittauksiin Mikromekaaninen painemittari Säteilykamera (gamma camera, hard X-ray camera) Vuorauselementtien (smart tiles) kalvopäällysteiden kunnon eroosiomittaus Kuvaavat spektrometrit (jos tarvitaan normuv nm -alueella) CCD Viewing and Recording -kuvausmoduli IVVS In Vessel Viewing System (osallistuttu hankkeeseen) LIDAR-optiikka (osallistuttu hankkeeseen) Siirtolinjan tyhjöikkuna (osallistuttu hankkeeseen) Radial Vertical Neutron Camera Peilit ja niiden pinnoitteet Keramiikkapäällysteiset kaapelit Säteilynkestävät optiset kuidut Project management/diagnostiikka, vrt. ESA/JET Testauskeskuksena toimiminen Mallinnus ja simulointi/suunnittelu Seuraaviin hankkeisiin on jo lähdetty mukaan Suomesta: Ultra Thin 3D detector for Plasma diagnostics: Ionidetektori (ei ilmaise gammahiukkasia eikä neutroneita) Säteilynkestävä bolometri; huoneenlämpötilan alimillimetridetektori; (ECE - Electron Cyclotron Emission) Mikromekaaninen magnetometri; steady state magnetic sensors (esiselvitys)

17 3.4. CERN CERN - European Organization for Nuclear Research eli Euroopan hiukkastutkimuskeskus keskittyy tällä 2006 ja ainakin tulevat pari vuotta rakentamaan n. 3 miljardin euron Large Hadron Collider-hiukkastörmäytintä, joka valmistuu vuonna CERN sijaitsee Genevessä, Sveitsissä. Se on perustettu 1954 ja tällä hetkellä mukana on 20 jäsenvaltiota. Lähes viidenkymmenen vuoden olemassaolonsa aikana CERNissä on löydetty suuri osa uusista hiukkasfysiikan ilmiöistä, joka tekee CERNistä yhden maailman huippututkimuslaitoksista. CERNissä on noin 2500 vakituista työntekijää ja vuosittain siellä vierailee lähes 7000 tutkijaa. Yli kolmasosa maailman kokeellisista hiukkasfyysikoista joko työskentelee CERNissä tai yhteistyössä sen kanssa. CERN tutkii mitä materia on, miten se on syntynyt ja mitkä voimat pitävät sitä yhdessä. Törmäyttämällä hiukkasia hyvin suurilla nopeuksilla, vain promillejen verran valonnopeutta hitaammin, pyritään toistamaan maailmankaikkeuden syntyhetken tapahtumia. Nämä reaktiot tuottavat tietoa sekä alkeishiukkasista että universumista. LHC-törmäyttimen erittäin kovat teho- ja datankäsittelyvaatimukset edellyttävät useita ainutlaatuisen tehokkaita innovaatioita ja ratkaisuja niin materiaali- ja kylmätekniikan, elektroniikan, magneettiteknologian, tietoliikennetekniikan, sähkötekniikan kuin hajautetun laskennankin alueilla Lyhyt aikaväli Lyhyellä aikavälillä eli seuraavien 2-4 vuoden aikana keskeisimmät diagnostiikkaan liittyvät mahdollisuudet CERNissä nousevat LHC:n koeasemista ja muista kokeista, joita suunnitellaan LHC:n käyttöönoton jälkeen eli 2007 jälkeen. LHC:n törmäytinrenkaan varrella on neljä koeasemaa tai detektoria, jotka sekä tukevat toistensa tuloksia että kilpailevat keskenään. Jokaisella koeasemalla on myös oma erikoisalueensa. ATLAS CMS, ALICE ja LHCb ovat kaikki yksinkertaistettuna kerrostalon kokoisia detektoreja, jotka koostuvat useista eri komponenteista ja järjestelmistä. Lisäksi valmisteilla on TOTEM koe, joka on hieman pienempi, mutta merkittävä panostus sekin. LHC ja koeasemat ovat jo pitkälle valmisteltuja ja suuri osa koejärjestelyistä on suunniteltu pitkälle. Tämän vuoksi suuri osa hankinnoista on jo tehty. Lisäksi tulee huomioida, että koeasemat ovat omia hallinnollisia kokonaisuuksiaan, joissa jäsenet toimittavat valtaosan erikoiskomponenteistakin. Jäsenet ovat tyypillisesti korkeakouluja ja tutkimuslaitoksia CERNin jäsenmaista tai niiden ulkopuoleltakin. Koeasemiin pääsee parhaiten yhteyteen suomalaisten osaajien kautta eli CERNin tapauksessa fysiikan tutkimuslaitoksen asiantuntijoita kannattaa lähestyä ensimmäiseksi. CERNin luonteen vuoksi tuhannet fyysikot tulevat tekemään kokeitaan ja keräämään tietoa CERNin laitteistoilla lähivuosien aikana. Tämän valtavan volyymin vuoksi CERNissä on jatkuvasti meneillään, valmistelussa tai jo päättymässä suuri määrä kokeita. Näistä saa hyvän kuvan tutustumalla CERNin ylläpitämään listaukseen. Ks. Experiments at CERN: jossa kokeita on listattu lähes 700 kappaletta. Tosin näistä suuri osa on jo päättyneitä tai vanhoja. Seuraavassa on listaus LHC:n eri koeasemista, sekä linkit lisätietoon:

18 ALICE -A Large Ion Collider Experiment at CERN LHC ATLAS -A large Toroidal LHC ApparatuS CMS -The Compact Muon Solenoid LHCb -Large Hadron Collider beauty experiment TOTEM -Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC Seuraavat aiheet kiinnostavat aina CERNiläisiä ja eri kollaboraatioita, vaikka valmisteilla olisi jo ratkaisuja: Nopeammat detektorit Parempi resoluutio Tehokas tiedon- ja tehonsiirto Säteilynkestävät komponetit ja detektorit Edullisemmat tuotantomenetelmät puolijohdedetektoreille 3D detektorit, tarkat mittaukset, ohjausjärjestelmät, uudet materiaalit ja yleisesti innovaatiot, jotka liittyvät säteily- ja hiukkasdetektoreihin Pitkä aikaväli Pitkällä aikavälillä CERN tarjoaa edeleen laajasti mahdollisuuksia dignostiikan ja detektorein kehittämisessä ja uusien ratkaisujen tutkimisessa. Yleisesti voidaan todeta edellä lyhyesti listattujen teemojen hallitsevan myös seuraavien kymmenen vuoden tarpeita CERNissä. Pitkän aikavälin mahdollisuudet CERNissä liittyvät mm. LHC päivitykseen, jota suunnitellaan jo nyt eli ennen alkuperäisen version käynnistymistäkään. Päivitetyn version eli SLHC:n tulisi yltää tarkempiin tuloksiin ja parantaa tarkkuuksia. Ensimmäisten linjauksien mukaan jo kolmen vuoden toiminnan jälkeen LHC vaatisi laajempia päivityksiä. Ensimmäisessä vaiheessa pyritään tehostamaan nyt rakennettavan laitteiston

19 toimintaa ilman hardware muutoksia, toisessa vaiheessa pääkomponentit säilytetään, mutta tehdään uudistuksia ja kolmannessa vaiheessa tehdään jo muutoksia laitteistojen komponentteihinkin. Lisätietoja saa Finpron Antti Heikkilältä. Toinen pitemmän aikavälin mahdollisuuksia tarjoava kehityssuunta on CERNissä valmisteilla oleva CLIC eli Compact Linear Collider-törmäytin, jota on suunniteltu ja kehitetty vuodesta 1999 lähtien. Rakenteilla olevan kolmannen testiversion, CLIC Test Facility CTF3:n odotetaan osoittavan teorian käytännöllinen toimivuus. Aikajänteen vertailukohdaksi mainittakoon, että vuonna 2007 valmistuvan LHC-törmäyttimen rakentamisesta tehtiin päätös jo vuonna Suunniteltu törmäytin olisi pitkä suora tunneli. CLICin kiihdytinosien koko on kuitenkin vain murto-osa LHC-törmäyttimen vastaavista. CLIC tähtää kolme kertaa LHC:tä suurempaan törmäysenergiaan. CLICin rakentamispäätöstä ei ole vielä tehty, ja nykyisellään pyritään vasta osoittamaan ratkaisun toimivuus vuoteen 2010 mennessä. Lisätietoja verkossa Teknologiansiirto ja T&K yhteistyömahdollisuudet CERNin teknologiansiirtoosasto on listannut keskeiset teknologiat omille sivuilleen ( ja tätä kautta pääsee tutustumaan uusimpiin sekä vanhempiinkin teknologioihin. Alle on kerätty muutama esimerrki teknologioista. Huomioitavaa on, että näiden lisäksi T&K yhteistyö on mahdollista kaikilla edellä mainituilla aluilla. Scintillator materials - the Crystal Clear collaboration GEM (Gas Electron Multiplier) Mass production technology for PbWO4 scintillation crystals Development of Large Area Hybrid Photodetectors Radiation Hardening of Silicon Detectors Microstrip Detectors at Cryogenic Temperatures Diamond tracking detectors LARGE AREA OF CESIUM IODIDE-PHOTOCATHODE-BASED RICH DETECTOR High-Resolution Tracking Devices Based on Capillaries Filled with Liquid Scintillator Cryogenic Semiconductor Monitor for High-Intensity Ionizing Radiation

20 3.5. ESO ESO:ssa on merkittävästi huippuosaamista monella diagnostiikka- sekä detektoriteknologian alalla. Alan yritysten kannattaa tutkia ESO:n instrumenttikehitystä sekä eri teknologia-alueiden mukaisesti jaoteltujen asiantuntija ryhmien osaamista. Instrumenteissa on käytössä suuri kirjo erilaisia diagnostisia ja mittaavia laitteita sekä sensoreita. Yritysten kannalta mielenkiintoisimmat divisioonat ESO:n sisällä ovat hallinto sekä instrumentointi ja teleskooppi järjestelmät (TSD). Hallinnon alla on ESO:n sopimus ja hankintaosasto, joka vastaa hankinta aktiviteeteista. Instrumentoinin ja TSD:n alaisuudessa toimii lukuisia kehitysryhmiä joissa viedään eteenpäin tulevaisuuden projekteissa tarvittavan teknologian kehitystä sekä itse hankintojen teknistä valmistelua ESO:n tarpeet Administrative Division - Hallinto Instrumentation Division Instrumenttien kehitys, hankinta ja ylläpito Telescope Systems Division o Vastaa uusien teleskooppiprojektien ja järjestelmien kehityksestä o Tämän divisioonan alle kuuluu esimerkiksi seuraavat kehitysryhmät: laser guide star, adaptiivinen optiikka, VLT Interferometri ja OWL-suunnittelu Teleskooppien diagnostiset järjestelmät Maanpäällisissä teleskoopeissa yleensä ja erityisesti tulevaisuuden ELT-teleskoopeissa on merkittäviä mittausteknisiä haasteita, tarpeita ja kaupallisia mahdollisuuksia. Merkittävän kokonaisuuden luovat ilmakehän ja säänseurannan laitteet sekä teleskoopin liikkeiden tarkka seuraaminen. Suurissa teleskoopeissa sisäisten liikkeiden ja rakenteen monitorointi operatiivisen käytön kuin myös asennusprojektin aikana nousevat erittäin merkittäväksi aiheeksi. Nämä liittyy olennaisilta osiltaan ESO:n adaptiivisen ja aktiivisen optiikan jatkuvaan kehitykseen ja hallintaan. Adaptiivisella optiikalla voidaan poistaa teleskoopin rakenteen ja toisaalta myös ilmakehän aiheuttamia virheitä. Siksi jatkuva mittausdata teleskoopin liikkeistä, rakenteiden taipumisista ja peilien paikoituksesta ovat oleellinen osa teleskoopin säätötoimenpiteitä. Tämä edellyttää monenlaisia havainnointi laitteita niin kiihtyvyyden kuin esim. peilien paikoituksen mittaukseen. Muun muassa laser-avusteista mittaustekniikka on suunniteltu käytettävän ELT-projekteissa asennuksen ja käytön aikana rakenteiden sekä peilien paikoituksessa. Myös teleskooppien yllä olevan ilmakehän aiheuttamat vääristymät voidaan korjata kun ilmakehää ja sen kerrostumien muutoksia voidaan mitata tarpeeksi tarkasti. Tästä esimerkkinä ovat: Laser Guide Star-laitteistot, joilla voidaan luoda korjauksen mahdollistavia referenssipisteitä taivaalle. Alimillimetrialueella toimivaa havainnointiteknologiaa (vesiradiometrejä) on tarkoitus käyttää ilmakehän vesihöyryn mittaamiseen ALMA-projektissa

21 Nämä edellä mainitut mittaustarpeet auttavat luomaan paremmat edellytykset itse instrumenteille, joilla tiedettä tehdään. ESO:ssa on käytössä laaja kirjo instrumentteja optiselta alueelta infrapuna-alueelle. ALMA radioteleskoopeissa on moninaisia haasteita RF-osaajille ESO:n Intrumentit ESO:ssa on suunnitteila merkittäviä instrumentteja tulevaisuudessa. Osan se toteuttaa itse osa tehdään yhteistyössä eri tähtitieteen organisaatioiden kanssa. Merkittäviä mahdollisuuksia yrityksille avautuu tulevaisuuden instrumenteissa kuten VLT:n ja ALMA:n toisen sukupolven instrumentit sekä tulevaisuuden ELT:n instrumentit. Tällähetkellä aktiivista kehitystä tehdään esimerkiksi VLT:n kolmeen toisen sukupolven instrumenttiin. Hyväksytyt VLT: toisen sukupolven instrumentit /5/: X-shooter: o Asennus noin vuonna 2008 o Laajakaistainen spektrometri ultraviolettialueelta lähi-infrapunaalueelle (a wide-band [UV to near infrared] point source spectrometer) KMOS: o Kryogeeninen infrapuna-alueen moni-objekti spektrometri (a cryogenic infrared multi-object spectrometer) MUSE: o Prototyyppi valmistuu ~2006, itse instrumentti valmistuu ~ 2011 o Suuri 3-d spektroskooppi (a huge "3-dimensional" spectroscopic explorer) Kaksi toteutusta kilpailee erittäin korkean kontrastin kuvantajalaitteistosta, joka hyödyntää adaptiivista optiikkaa (Planet Finder I & Planet Finder II). Lisää tietoa ESO:n instrumentaatiosta löytyy osoitteista: Diagnostiikan kehitysryhmät ESO:n kehitystä viedään eteenpäin projektoimalla tätä työtä instrumenttien, teleskooppitekniikan alueen kehitysryhmiin. Nämä asiantuntijaryhmät ovat omalla alueellaan mukana ESO:n suurissa projekteissa ja instrumenttien kehityksessä. Kehitystiimit ovat merkittäviä kontaktipisteitä yritysten näkökulmasta. Elektroniikan, diagnostiikan ja instrumenttien kehitystyön sekä rakentamisen parissa toimivat seuraavat kehitystiimit: o Optiset instrumentit - Optical Instrumentations (OPI) o Optiset detektorit - Optical Detector Team (ODT) o Infrapuna-alueen instrumentit - Infrared Instruments (IRI) o Infrapuna-alueen detektorit - Infrared Detectors o Kokoonpano- ja kryo- sekä tyhjiöryhmä - Integration and Cryovacuum o Adaptiivinen optiikka - Adaptive Optics (AO) o Laser referenssitähti - Laser Guide Stars (LGS) o Interferometria ryhmä - Interferometry (IND

22 Kuva 8 Infrapunatestikamera Infrapuna detektori The detector installed is a HAWAI 1Kx1K engineering detector working with IRACE electronics. The pixel size is 18.5 microns and read out noise below 30 electrons ESO - /34/ 3.7. Teknologiakohtaiset tarpeet Teknologiakohtaiset tarpeet on pyritty erittelemään niin, että näissä korostuvat seuraavien lähivuosien diagnostiikkatarpeet ja aktiiviset kehityssuunnat Adaptiivinen optiikka ja sitä sivuava kehitys Tällä alueella tehdään jatkuvasti erittäin merkittävää ja aktiivista kehitystyötä. Myös tässä ELT -suunnittelu tuo merkittäviä mahdollisuuksia yrityksille. Tästä esimerkkinä on, että EU ja tähtitieteen organisaatiot satsaavat Opticon-ryhmittymän kautta kehitystyöhön noin 5 miljoonaa euroa seuraavan kolmen vuoden aikana. Anturit: erilaisten fyysisten suureiden mittaaminen kuten 3-d-liike, kiihtyvyys, paine yms. Ilma virtausten mallintaminen alle 100 metrin korkeudessa (ELT-teleskoopin rakenteen sisäpuolella) Kuitulasereiden kehitys, laser-metrologian ja laitteistojen kehitys.. katso lisää elektroniikka kohdasta Detektorit: Optinen (CCD-kehitys) ja IR-alue, erityistarpeena yhä suuremmat detektori-mosaiikit

23 Wavefront anturoinnit (wave front sensors), esim. paikoitus ja phasing metrologia, aktuaattorit ja niihin liittyvät ohjaukset ja mittaukset, paikoitus sensorit ja laitteistot sekä korkean kontrastin kuvantaminen Instrumenttien kehitys Instrumenttien kehitystä tehdään jatkuvasti. Myös uusia ja parempia mittaustapoja ja tekniikoita etsitään aina. Olemassa olevien teleskooppien instrumentteja, joissa merkittävimmät lähitulevaisuuden mahdollisuudet ovat VLT ja VLTI:n toisen sukupolven instrumentit, joihin tullaan vuosina investoimaan noin 60 miljoonaa euroa. ELT-teleskooppien instrumenttien kehitys- ja valmistuskustannusten arviot ovat yli 50 miljoonan euron luokkaa. Instrumentit - teollisuudelle valmistusta: optiikkaa, cryo ja tyhjiötekniikkaa, elektroniikkaa ja detektoreja VLT:n toisen sukupolven instrumentit o Diagnostiikka- ja ilmaisinkehitys, CCD:t o Real-time ohjausjärjestelmät ELT-teleskooppeihin suunniteltujen instrumenttien kehitystyö etenee OPTICON-ohjlemanssa. Vuoteen 2008 aktiivista kehitystyötä on muun muassa: o Laser T&K o CCD T&K o Ilmaisin T&K o Sääjärjestelmät o Wavefront control: Alignmenet and phasing metrology, position sensors, high contrast imaging Laser Guide Stars Laser Guide Star-järjestelmä voidaan laskea diagnostiseksi järjestelmäksi. Sen tehtävänä on luoda teleskoopeille referenssipiste (väri ja muoto tunnetaan), jonka avulla voidaan säätää itse teleskooppia. Nämä ovat osa adaptiivisen optiikan järjestelmiä. Merkittävää laser-teknologian ja kuitujen tarpeita CCD-kuvantamisen kehitystä Photonic Crystal kuituja, kuitu couplereita, säteen analysointia, kestäviä pinnoitteita, säteen modulaattorit (LIDAR moodiin),... VLT:lle tullaan todennäköisesti hankkimaan 4 kpl LSG:a lähivuosina yksi näistä otettu käyttöön

24 ELT-hankkeet tuovat suuremman potentiaalin pidemmällä aikajänteellä Laserit, kuidut ja optiikka Tällä alueella tehdään jatkuvaa ja erittäin aktiivista kehitystyötä. Pääasiallisesti nämä liittyvät optisten teleskooppien sekä eri instrumenttien järjestelmiin. Rakennusvaiheessa olevan ALMA-projektin suhteen on tulossa optiseen tiedonsiirtoon liittyviä komponenttitilauksia lähivuosina. Tämä on myös yksi keskeisin kehitysalue tulevaisuuden ELT-teleskooppien kannalta ESO:ssa tehdään merkittävää optiikan, kuitu- ja laserteknologian kehitystyötä. Viime aikoina ESO:ssa on tehty paljon kuitulasereihin liittyvää kehitystyötä. Tämän aihealueen Korkea tehoiset sodium CW laserit, pumpattavat laserit, kuitulaserit Laser-tekniikan ja valokuitujen kehitys: optinen tiedonsiirto, korkea tehonkesto ja photonic crystal fibers Laser komponentit ja välineet (modulaattorit, beam analysis yms.) ALMA- antennien tiedonsiirto optisilla linkeillä o LO - IR laserit o ALMA:ssa käytetään korkeataajuus diodeita (>100 GHz), Photodiodeja kehitetty/kehitetään Japnissa ( 300 GHz) o Signaalivahvistimia ja -lähettimiä Integroitua optiikkaa: (beam combiners, fast beam switching, wavefront correction technology) ESO on tehnyt merkittävää kehitystyötä photonic crystal fibers ja Raman laserit aihe-alueella (lisää teknologian siirto kohdassa)

25 Kuva 9 Fibre Bundle Kuitukimppu MACAO-projetiin Alimillimetrialueen teknologia ALMA:aan Water Vapor Monitorit noin GHz:n alueella toimivaa radiometriä, tulevat hankintaan 2006 ALMA-projektin (vastaanottimet, correlaattorit, yms..) Instrumentit Optiikan materiaalit Peilien pinnoitus ja hionta Uudet optiset materiaalit (esim. SiC) ja massavalmistus tekniikat (ELT) Peilisegmenttien valmistus, hionta, testaus ja pinnoitukset Vaihtoehtoisten materiaalien ja rakenteiden tutkiminen Optiset pinnoitteet ja suojaukset o Heijastava pinnoitus mm. alumiini, hopea ja kulta o Suojaavat pinnoitukset o volume-phase holographic (VPH) gratings Optiset kuidut, Photonic Crystal Fibers Difraktiivinen optiikka yms

26 Muita sekalaisia tarpeita Optiikka: o SiC- sekä Al peilien valmistus ja hionta o Peilin pinnoitukset Observatorio paikkojen kartoitus- ja testausvälineet sekä tutkimukset: näkyväisyys, koherenssi, LIDAR, SONAR, satelliitti data ja sen käsittely jne. Ympäristön ja ilmakehän mittauslaitteet: o tuulen ja vertikaalisten turbulenssien mittaus, sääasemat ja - keilaimet o Ilmakehän mittaukset <100m ja ilmakehän kerrostumat CCD-kuvantamisen jatkuva kehitys, suuret mosaiikit Teleskoopin asemointi: erilaiset anturit ja paikoitustekniikka, laser metrologia, laser interferometria Optiset kaistanpäästösuotimet ja filtterit Laser-tekniikan ja valokuitujen kehitys IR-detektorit, kuidut Kuva 10 OmagaCam - Mosaic with its 32 2k*4k CCDs (pixel size: 15 μm)

27 3.8. Teknologiansiirto ja T&K yhteistyömahdollisuudet ESO tarjoaa mahdollisuuksia T&K-yhteistyöhön kuin myös suoraan teknologian siirtoon. Kehitys diagnostiikka-alueella on ollut aktiivista ja se näkyy ESO:n teknlogiansiirtomahdollisuutena. ESO on kehittänyt esimerkiksi seuraavien diagnostiikka ja detektorialueiden ratkaisuja: Active Optics, Shack-Hartmann wavefront sensors, Fibre-Lasers. Viime vuosina ESO:n ja teollisuuden yhteistyöllä on kehitetty esimerkiksi seuraavia ratkaisuita: Cooled IR optics, Volume Phase Holographic Gratings, Photonic crystal fibres, Laser Cleaning of large optical surface, Adaptive Optic System Technology, Dichroic beam splitters, Strip Tape Encoders Linkki: Linkki: Hankintojen ja mahdollisuuksien ajoittuminen Alla olevat mahdollisuudet perustuvat ESO:n antamiin arvioihin eri osa-alueiden ja projektien toteutuksesta. Käytäntö on osoittanut, että tiedehankkeissa teknologiset haasteet tuovat todennäköisesti elävyyttä aikatauluun. Osa kehityshankkeista koskee yleisesti ESO:a, mutta tulokset saattavat olla kohdennettu erityisesti ELT-projektiin esim. OPTICON-hankkeen kautta. Alla olevissa taulukoissa on siis joitakin päällekkäisyyksiä. Kuvassa 11 on kuvattu ESO:n yleinen kehitys ja nykyisten teleskooppi ja instrumenttiprojektien aikataulutusta. Kuvassa 12 on erityisesti ELT-hankkeeseen tehtävä kehitystyö ja alueet sekä arvioitu toteutusaikataulu. ESO R&D VLT Instruments 2nd generation up to 60 M til 2020 from industry -Diagnostics and detector development, CCD s, optics, optomechanical systems etc. R&D for adaptive optics -Serial manufacturing tech for actuators, mirrors, -wavefront sensors, rea time computers -coatings, equment upgrade etc. -ELT-telescope related challenges FP7 -FP6 Opticon 42 M -Laser Quide Stars LSG develelopment -Laser technolog, interferometry, fbire lasers, photonic fibres etc. ALMA Subsystems: Telescope Calibration, postioning tech etc. From Industry Front-end Electronics Back-end Electronics Correlator Components & diagnostics - Embedded Electronics and software -WVM radiometers and sub-mm-technology -Diodelasers and optic fibers Kuva 11 ESO:n hankinnat ja arvio aikataulusta

28 ESO OWL / ELT ELT R&D Program M Challenges -Glass & SiC mirrors mass fabrication (3,000) -Site monitoring advanced systems (turbulence profiling) -Instruments (smart focal planes, optics, cryogenics, gratings, detectors) -deformable mirrors, wavefront sensors, -Adaptive Optics systems & components -Laser metrology, laser emitters systems & components -integrated optics -segmented optics fabrication & control -Telescope Metrology & Control R&D - Opticon -Major Breadboards, LGS, Wavefront sensing, -Laser R&D, WFS 512X512 CCD R&D, -Detector R&D, WFS controllers, -Real time Computer -Integrayed modelling Weather related measurements and technology Wind studies Instruments M from industry ELT construction phase Overall estimated time line ELT Designs Study ,5 M Concept finalization 2006-Q2/2008 Internal design review Q2/2008 Preliminary design Q4/2007-Q2/21012 Detailed design Q3/2009-Q4/2015 Construction aproval Q4/2009 Construction Q3/2010-Q4/2018 Site infrastructure Q1/2010 => First light Q2/2016 Major procurements Partial aperture operations Kuva 12 ELT-teleskoopin kehitysaikataulu ja suunniteltu toteutuminen

29 3.10. ESRF Ranskan Grenoblessa sijaitseva The European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ylläpitää Euroopan voimakkainta synkrotronisäteilylähdettä. ESRF on eurooppalainen röntgenvalosäteilyä hyödyntävä tutkimuskeskus, joka tarjoaa 40 röntgenvalolinjaansa jäsenmaiden tutkijoiden käyttöön. Suomi on mukana ESRF:n toiminnassa osana Nordsync-konsortiota, jonka muut jäsenet ovat Norja, Ruotsi ja Tanska. Suomea edustaa Nordsyncissä Suomen Akatemia ja Finpron hankeneuvonta osallistuu keskuksen kaupalliseen hyödyntämiseen. Synkrotronisäteily on sähkömagneettista säteilyä, jolla on erityisen suuri intensiteetti ja laaja energiaspektri. Se saadaan aikaan kiihdyttämällä varauksellisia hiukkasia (elektroneja ja positroneja). Synkrotronisäteilyllä pyritään selvittämään aineen rakennetta. Synkrotronisäteilyä voidaan verrata supermikroskooppiin: sillä pystytään mm. havaitsemaan erittäin pieniä aineen osia ja havainnoimaan hyvin nopeita kemiallisia ja biologisia reaktioita. ESRF:n tutkimuslaitteistoja päivitetään ja kehitetään jatkuvasti, jotta laite toimisi luotettavasti vuorokauden ympäri. Kyseessä on kuitenkin valmis tutkimuskeskus, joten investoinnit ovat pienempiä kuin muissa isommissa keskuksissa. Laitoksessa vierailee vuosittain n tutkijaa, joista entistä suurempi osa on teollisuudesta. Keskeisiä yhteistyötahoja ESRF:ssä ovat Diagnostics Group ja Instrument Support Group, sekä kunkin sädelinjan (yhteensä 32) vetäjät, jos kyseessä on sädelinjalla tehtävään tutkimukseen liittyvä instrumentti Lyhyt aikaväli Lyhyellä aikavälillä mahdollisuuksia avautuu lähinnä ESRF:n vuosittaisten hankintojen kautta eli laitteistojen uusimisen ja parempien ratkaisujen kehittämisen kautta. Volyymi on kuitenkin pieni verrattuna esim. CERNiin tai ITERiin jatkossa. Lähiaikoina ESRF:llä on tarpeita seuraavien alueilta: (tarkempaa tietoa Finprolta tarvittaessa): Useita monokromaattoreita Undulaattoreita Optiikkaa kohdistukseen ja säteiden taittoon, sekä mikropeilejä ja mikrohimmentimiä ja sulkimia Diffraktometrien päivitystä ja uusien hankintaa Anturielektroniikan päivityksiä Raman spektroskopia Röntgendiffraktio

30 Beryllium-ikkunat Mikroaaltolämmitin näytteitä varten Ultraäänilaite painemääritykseen Emissiospektrometri Leikkaus interferometri Kollimaattoreita CT ja CCD-kuvannus Mikrotomografia Nano-kuvannus Pitkä aikaväli Johtuen osittain ESRF:n valmiimmasta infrastruktuurista ja osakeyhtiömuotoisuudesta, sen tulevaisuuden suunnitelmat ovat hieman vaatimattomammat kuin suurempien tiedehankkeiden. Käytännössä lyhyemmän aikavälin suunnitelmat nousevat keskeisimmiksi ja suunnitellut laajat päivitykset jatkuvat osittain pidemmällekin aikavälille. Muista suunnitelmista ei ole tietoa saatavilla tai se ei ole olennaista. Pitkän tähtäimen hankkeet suunnitelaan usein toteutettavaksi yhteistyössä muiden kokonaisuuksien kanssa tai ulkopuolisella projektirahoituksella (kuten EU:n puiteohjelmat). Suunnitelmissa on mm. yhteistyö muiden isojen keskuksien kanssa pikosekunnin detektorin tai elektroniikan kehittämisestä. Tästä kerätään tarvittaessa tarkempaa tietoa eli kiinnostuneiden toivotaan ottavan yhteyttä projektiimme Teknologiansiirto ja T&K yhteistyömahdollisuudet Teknologiansiirto ja T&K mahdollisuudet ovat rajatummat kuin isoissa keskuksissa. Eri hankkeissa voi tietysti hyödyntää itse keskuksen laitteistoa tai sinne voi ehdottaa yhteistyötä suoraan Hankintojen ja mahdollisuuksien ajoittuminen ESRF:n vuotuinen budjetti on n. 80 miljoonaa euroa, josta n. 15 M käytetään hankintoihin ja kehitysprojekteihin. ESRF uusii tällä rahalla laitteistojaan ja kehittää optiikkaa, näyteympäristöjä, tiedonkeruujärjestelmiä sekä rakennuksiaan. Laitteistojen kehittämiseen käytettävän rahan oletetaan ESRF:ssä nousevan lähivuosina, koska sinne on suunniteltu 240 M :n uudistukset vuosille Nämä on suunniteltu rahoitettavaksi EU:n 7. puiteohjelmasta

31 3.11. GSI/ FAIR GSI eli Gesellschaft für Schwerionenforschung on Saksan liittotasavallan ja Hessenin osavaltion omistama tutkimuskeskus, jonka vuosibudjetti on n. 70 miljoonaa euroa. Tämä tiedekeskus panostaa raskasionintutkimukseen ja rakentaa tähän soveltuvia hiukkaskiihdyttimiä. GSI työllistää noin 850 henkilöä ja tarjoaa tilat noin 1000 tutkijalle vuosittain. GSI:n laitteistossa ja tarpeissa on paljon yhtäläisyyksiä CERNin vastaaviin, vaikka tutkimuksessa painotetaankin eri alueita. GSI:n tutkimusalueet kattavat mm. seuraavat: Biofysiikka ja lääketieteelliset sovellukset (ioniterapia) Magneetit ja suprajohteet Kiihdytin- ja materiaalitekniikka sekä detektorikehitys Elektroniikka ja tiedonkäsittely GSI valmistelee seuraavaa kunnianhimoista hankettaan, joka on nimetty FAIR-projektiksi (Facility for Antiproton and Ion Research). Kyseiseen hankkeeseen haetaan osallistujia parhaillaan eri maista. Fysiikan tutkimulaitos (HIP) neuvottelee asiasta opetusministeriön toimeksiannosta. Finpro selvittää teollisuusyhteistyömahdollisuuksia, joten kiinnostuneiden yrityksien toivotaan ottavan yhteyttä Antti Heikkilään

32 4. SUOMALAISET OSAAJAT, PARTNERIT JA ASIANTUNTIJAT 4.1. Suomalaiset hankkeet ja osaamiskeskittymät, kontaktit mukaan pääsemiseksi Suomalaisia tahoja joilta kannattaa lähemmin tiedustella osallistumismahdollisuuksia ovat mm. seuraavat: Finpro - Antti Heikkilä, Kalle Hammar, Prizztech oy - Leena Jylhä, (02) Teknillinen Korkeakoulu, Fysiikan laitos, HIP (Helsinki Institute of Physics), Prof. Kai Nordlund, Prof. Kari Rummukainen, (09) YHTEENVETO Tässä selvityksessä kerrotaan suomalaisen Tieteen Suurhankkeet ohjelman kattamia kansainvälisiä projekteja, ITER, CERN, ESO, ESRF sekä GSI/FAIR-hanketta. Selvityksen aiheena on hankkeisiin liittyvä diagnostiikka. Huolimatta siitä, että tiedehankkeiden kohteet kattavat hiukkastutkimuksesta avaruustutkimukseen ja mittauskohteeseen sijoitettavat diagnostiikka-anturit vaativat erialisen runkorakenteen, on tarvittavassa diagnostiikkalaitteistossa myös monia yhtäläisyyksiä: - Järjestelmien toimitusprojekteihin liittyy tarkka laadunvalvonta - Kaikissa projekteissa kerätään ja käsitellään suuria datamääriä, jonka käsittely vaatii paljon tietojärjestelmiltä - Anturiteknologia hankkeissa vaihtelee, mutta mm. peilit, LIDAR-tutkia, Bolometreja ja lämpötilan- ja paineen mittauksia tarvitaan useammassa kuin yhdessä hankkeessa. Selvityksen perusteella toimittajakandidaatit pystynevät jo hyvin saamaan käsityksen eri hankkeissa tarvittavista teknologioista. Tarkempi selvitystyö on kuitenkin tarpeen jos halutaan laatia yleistajuinen esitys tarvittavien teknologioiden yhteneväisyyksistä eri hankkeissa

33 6. LOPPULAUSE Tieteen suurhankkeisiin osallistuminen parantaa suomalaisen huippuosaamisen kansainvälistä yhteistyötä ja verkottumista, tutkimustiedon vaihtoa ja teknologiansiirtoa sekä myös vahvistaa suomalaisyritysten kilpailukykyä. Diagnostiikkahankkeet ovat erinomainen tilaisuus tuoda kansainväliseen tietoisuuteen omaa huippuosaamistaan ja avata uusia markkinoita. Lisäksi diagnostiikkajärjestelmiä kehitettäessä voi syntyä kokonaan uutta teknologiaa, jota voidaan hyödyntää jopa globaalisti. Hyvänä esimerkkinä tästä on World Wide Web. Kansainväliseen tiedehankkeeseen osallistuminen on pk-yrityksille loistava tilaisuus kehittää monenlaista kansainvälistä osaamistaan. Se on myös erittäin hyvä referenssi yritykselle. Tiedehankkeissa teknologinen osaaminen on tärkeintä. Yhteistyöyritykseltä ei tarvita suuria panostuksia markkinointiosaamisessa. Tiedehankkeiden laitetoimitukset poikkeavat tavanomaisesta kaupankäynnistä: aina paras tekniikka tai halvin hinta ei ratkaise. Poliittiset kuviot ja muut erikoistekijät vaikuttavat, kuten osallistujamaiden jäsenmaksujen perusteella laskettavat palautekertoimet. Diagnostiikkajärjestelmien toimittamista rajoittavat myös tiukat aikataulut. Suureen tiedehankkeeseen laitetoimittajaksi pääseminen vaatii pitkäjänteistä työpanosta. Onnistunut laitetoimitus tuottaa jatkotilauksia niin tuotteissa kuin palveluissakin. Finpro yhteistyökumppaneineen seuraa diagnostiikkajärjestelmien tarjouskilpailuja ja ylläpitää tiedehankkeiden toimituksia koskevaa hanketietokantaa myös diagnostiikan osalta. Kun yhteen tieteen suurhankkeeseen on saatu laitetoimitus, samaa suomalaista huippuosaamista pyritään hyödyntämään muissakin tiedehankkeissa