Aplicación Provisional del Protocolo al Convenio relativo a la Construcción y Explotación de una Instalación Europea de Láser de Electrones Libres de Rayos X relativo a la Adhesión del Gobierno del Reino de España, hecho en Berlín el 6 de octubre de 2011

Todas las ciencias naturales se benefician del uso de los fotones (ondas de luz) de diferentes longitudes de onda para investigar los fenómenos de la naturaleza. La utilización de la luz en el espectro visible, en el infrarrojo y en el ultravioleta cercano se ha visto profundamente transformada por el descubrimiento de los láseres de gas y de estado sólido, los cuales presentan alto brillo, coherencia espacial y, en décadas más recientes, pulsos ultracortos de duración del orden de varios femtosegundos o menos (1 femtosegundo, o 1 fs, equivale a la milbillonésima parte de un segundo; la luz viaja una distancia de 0.3 μm en 1 fs). Esta escala de tiempo es particularmente importante, ya que los átomos de las moléculas y los sólidos oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio con periodos típicos de unos cientos de fs, y, en general, los movimientos de los átomos durante el transcurso de las reacciones químicas y las transformaciones de fase tienen lugar en dicha escala.

En el rango de las longitudes de onda del ultravioleta, de los rayos X blandos y de los rayos X duros se ha alcanzado un gran progreso, debido a la utilización de la radiación sincrotrón, que es la luz emitida por los electrones o positrones que orbitan en un acelerador circular. La radiación sincrotrón es, sin embargo, bastante menos brillante que un láser potente, tiene un grado de coherencia espacial muy limitado, y se produce en pulsos de aproximadamente 30 ps (es decir, de 30.000 fs de duración). El objetivo de los proyectos modernos en torno a la realización de láseres de electrones libres de rayos X consiste en trasladar la revolución científica y tecnológica derivada de los láseres en el rango de luz del visible hasta el rango de los rayos X, con la producción de pulsos de menos de 100 fs, dotados de coherencia espacial y con picos de potencia de muchos GW.

Tal como se ha debatido durante cuatro diferentes talleres internacionales, organizados entre octubre de 2005 y marzo de 2006 en Hamburgo, París, Copenhague y en las proximidades de Oxford, las extraordinarias propiedades de los haces de luz del XFEL

Europeo (coherencia, brillo ultra-alto y estructura temporal), así como el desarrollo de la instrumentación y los detectores adecuados, permitirán realizar experimentos completamente novedosos. A continuación se enumeran unos cuantos ejemplos.

La coherencia puede utilizarse en ciencia de materiales y en biología para producir imágenes holográficas sin lente. Surgen posibilidades espectaculares, puesto que, tal como predicen diversas simulaciones y estudios teóricos detallados, mediante un único pulso de rayos X procedente del XFEL, dotado de coherencia, de gran intensidad y muy corta duración, puede obtenerse el patrón de difracción de una macromolécula de gran tamaño, de un virus, o de una célula, sin necesidad de periodicidad cristalina. Esto eliminaría el enorme estrangulamiento que actualmente existe en el estudio de numerosos sistemas de gran interés, tales como las proteínas de membranas, los virus o los genomas virales. La medida de un patrón de difracción de rayos X sobre-determinado permite la obtención de las fases y, por tanto, la determinación estructural. Aunque finalmente las muestras se destruirían a causa de la altísima intensidad de los pulsos de rayos X, podría llegar a obtenerse un conjunto de datos tridimensional si diversas copias de una muestra reproducible fuesen expuestas al haz una a una.

La alta intensidad de los pulsos también se puede utilizar para provocar estados altamente ionizados de los átomos, reproduciendo así en el laboratorio condiciones y procesos que se dan en los gases interestelares. Además, en combinación con la duración ultra-corta de los pulsos, la intensidad de los mismos puede utilizarse en experimentos de inducción y medida, en los que los pulsos de un láser convencional (inductor) se emplean para provocar una reacción química o una transición de fases. Posteriormente, los pulsos del XFEL (medidores), cada uno de los cuales se produce cierto tiempo después un pulso inductor (tiempo que oscila entre los ~50 fs y los ns, o incluso los μs), permiten captar una «película» de los desplazamientos atómicos y de la reordenación de los enlaces químicos. Ello permitirá esclarecer los mecanismos catalíticos que tienen lugar durante las reacciones químicas o bioquímicas, así como investigar en detalle las reacciones muy rápidas (como, por ejemplo, la combustión), obtener imágenes de la nucleación de fases ordenadas en las transiciones de fases, e incluso analizar de forma experimental estados de la materia hasta ahora inaccesibles. Así, cuando el pulso inductor sea suficientemente potente como para producir un plasma, el pulso de rayos X podrá penetrar el medio altamente ionizado (y opaco a la luz visible), lo cual aportará información sobre la propagación del frente de la onda de choque, las distribuciones de temperatura y presión, y la ecuación de estado.

Tal y como se ha subrayado anteriormente, la importancia potencial que revisten avances científicos de este calibre no se limita a la ciencia básica, sino que también afecta a tecnologías de suma importancia para Europa. No se considera prudente permitir a los Estados Unidos alcanzar una ventaja competitiva en este campo, donde ya está en marcha el LCLS de Stanford (acrónimo del inglés «Linac Coherent Light Source»), ni a Japón, donde el proyecto SCSS («Spring-8 Compact SASE Source») ya ha obtenido la financiación necesaria para su puesta en marcha en 2006. Aunque estos proyectos ya hayan comenzado y probablemente finalicen antes que el XFEL Europeo, éste último, gracias a la utilización de la tecnología de acelerador superconductor, permitirá producir 30.000 pulsos de rayos X por segundo (y posiblemente más en un futuro), en comparación con los 120 del LCLS y los 60 del SCSS. Además de este avance técnico decisivo, que permitirá reducir en dos órdenes de magnitud el tiempo necesario para realizar algunos experimentos, la experiencia adquirida a través de FLASH podría favorecer de forma considerable el rápido establecimiento de una explotación científica satisfactoria de la instalación. Si el XFEL Europeo mantiene un calendario similar al de los proyectos competidores, podrá ocupar una posición de liderazgo en este campo.

Un laboratorio europeo en Hamburgo, dedicado a la obtención de la excelencia en el campo de la física y de las aplicaciones de la radiación láser de electrones libres de rayos X duros, podría ser complementario de otros proyectos europeos que se centraran en la parte del espectro correspondiente a los rayos X blandos, para los cuales resultaría muy beneficioso el desarrollo y el uso compartido de tecnologías comunes.

4. Distribución y objetivos de rendimiento de la instalación Los principales componentes de la instalación son (ver Figura 4.1):

– el inyector.

– el acelerador lineal.

– el sistema de distribución de haz.

– los onduladores.

– las líneas de luz.

– los instrumentos de la sala de experimentación.

Estos componentes están distribuidos a lo largo de una geometría básicamente lineal, de 3,4 Km de longitud, que comienza en el campus de DESY, en el sector noroeste de la ciudad de Hamburgo, y que termina en el estado federal vecino de Schleswig-Holstein, al sur de la ciudad de Schenefeld, donde se ubica el hall experimental.

A continuación se describen las funciones básicas de los principales componentes.

Figura 4.1: Distribución esquemática de los principales componentes de la Instalación XFEL Europeo.

En el inyector se extraen paquetes de electrones a partir un cátodo sólido mediante un haz láser, los cuales son posteriormente acelerados en cavidades de frecuencias de radio y dirigidos hacia el acelerador lineal (linac), con una energía de salida de 120 MeV. En el acelerador lineal, que consiste en 1,6 Km de módulos aceleradores con tecnología superconductora, imanes para dirigir y focalizar los haces, y equipos para el diagnóstico; los electrones son acelerados hasta energías de 20 GeV (la energía prevista para el modo de funcionamiento estándar de la instalación XFEL es de 17.5 GeV). A lo largo del acelerador existen dos lugares de compresión de paquetes, para generar paquetes de electrones muy densos y cortos, necesarios para inducir el proceso SASE. Al final del linac, los paquetes de electrones individuales son dirigidos hacia una de las dos líneas de electrones mediante el sistema de distribución de haz (ver Figura 4.2.). Los paquetes de electrones dirigidos hacia la línea de haz 1 pasan a través de los onduladores SASE1 y SASE3, produciendo, mediante el proceso SASE, fotones de rayos X duros con longitudes de onda de 0.1 nm (SASE1), así como fotones de rayos X más blandos con longitudes de onda entre 0.4 y1.6 nm (SASE3). Tras atravesar el SASE3, los electrones son desviados hacia el sumidero. Los paquetes de electrones dirigidos hacia la línea de haz 2 son primeramente conducidos a través del ondulador SASE2, en el que se producen, mediante el proceso SASE, fotones de rayos X duros con longitudes de onda entre 0.1 y 0.4 nm. Posteriormente, los electrones atraviesan los onduladores U1 y U2, para acabar finalmente en el segundo sumidero. En el interior de los onduladores U1 y U2 se generan, mediante el proceso de emisión espontánea, fotones de rayos X muy duros (con longitudes de onda que oscilan entre los 0,014 y los 0,06 nm). Los fotones producidos por los cinco onduladores son conducidos, mediante las respectivas líneas de haz de fotones, hasta la sala de experimentación, donde son distribuidos entre las diez estaciones experimentales. En caso de que ciertos experimentos requieran longitudes de onda mayores, éstas podrán obtenerse mediante una reducción de la energía de los electrones al final del acelerador; por ejemplo, una energía de los electrones de 10 GeV correspondería a rayos X de longitud de onda de 4.9 nm producidos por el ondulador SASE3.

Figura 4.2: Esquema de la ramificación de los haces de electrones (en negro) y fotones (en rojo) a través de los diferentes onduladores SASE y de emisión espontánea. Las líneas de electrones terminan en dos sumideros, mientras que las líneas de fotones lo hacen en la sala de experimentación.

La instalación y puesta en funcionamiento del acelerador, de los onduladores, de las líneas de haz y de las estaciones experimentales se abordará de forma gradual, conforme a la estrategia establecida para el logro de los objetivos finales e intermedios de la Instalación, recomendada por el Grupo de Trabajo sobre Cuestiones Científicas y Técnicas (STI).

La primera línea de electrones y el ondulador SASE1 se instalarán en primer lugar. La puesta en funcionamiento del acelerador, del ondulador SASE1, de la línea de haz y de la primera estación experimental se llevará a cabo al mismo tiempo que la instalación de la segunda línea de electrones, hasta que se logre alcanzar el primer conjunto de objetivos intermedios (ver tabla 4.1).

Conforme a las recomendaciones del Grupo de Trabajo STI, se han adoptado los siguientes criterios de cara al comienzo de la explotación del sistema acelerador, de los emisores SASE y de las líneas de haz:

– El sistema acelerador y el SASE1 comenzarán a funcionar cuando en éste último se obtenga un haz de fotones con los valores intermedios expresados en la Tabla 4.1, y cuando se hayan instalado y puesto en funcionamiento suficientes equipos para la realización de los primeros experimentos científicos.

– El SASE2 comenzará a funcionar cuando se cumplan los mismos criterios descritos anteriormente, aunque para longitudes de onda de entre 0.2 y 0.4 nm.

– El SASE3 comenzará a funcionar cuando se cumplan los mismos criterios citados anteriormente, esta vez para longitudes de onda de entre 2 y 6 nm.

Tan pronto como se cumplan los criterios descritos anteriormente, y a partir de la experiencia adquirida a través de la instalación FLASH, se pondrán en marcha diferentes desarrollos, encaminados a obtener los objetivos finales del proyecto para todas las líneas de haz, al tiempo que tendrán lugar las primeras explotaciones de la instalación por parte de los usuarios.

Tabla 4.1: Valores intermedios y finales del proyecto para el acelerador y para el ondulador SASE1 y su correspondiente línea de fotones.

5. Coste, calendario y personal.

5.1 Coste del proyecto.

Para determinar el coste total de construcción del proyecto (TPCC, del inglés «Total Project Construction Cost»), es necesario sumar todos los costes asociados al mismo entre la fase de preparación y la puesta en servicio (es decir, todos los costes anteriores al comienzo de la explotación). Habrá un periodo de aproximadamente dos años y medio durante el cual existirá un solapamiento entre las fases de construcción, puesta en servicio y explotación (véase el análisis del calendario y de la distribución del presupuesto que se muestra más adelante). Las contribuciones al TPCC, que se resumen en la Tabla 5.1, son:

– Los costes de la fase de preparación del proyecto. Éstos son los gastos correspondientes al periodo transcurrido desde la entrada en vigor del Memorando de Entendimiento (a finales del 2004), tanto para DESY como para aquellos institutos que hayan celebrado acuerdos de colaboración con DESY en el marco de dicho Memorando.

– Los costes de construcción, propiamente dichos, del acelerador, los onduladores, las líneas de fotones, los instrumentos científicos, la obra civil y la infraestructura técnica de la Instalación XFEL Europeo, incluyendo la inversión de capital y la mano de obra.

– Los costes de la puesta en servicio de la instalación con el correspondiente haz.

– Un suplemento al coste de personal, a fin de incluir complementos salariales para aquellos empleados que, desde su país de origen, se desplacen a trabajar en la Sociedad XFEL

– Unos costes generales de personal, correspondientes a la gestión y mantenimiento de la Sociedad XFEL.

Los costes ordinarios correspondientes a la construcción propiamente dicha (electricidad, agua y helio) no se han incluido en el TPCC, ya que quedarán cubiertos por el presupuesto de explotación de DESY, sin cargo alguno para el proyecto XFEL. Los costes relativos a la adquisición de terrenos tampoco se incluyen en el TPCC, ya que Alemania ha puesto las parcelas a disposición del proyecto de forma gratuita.

Tabla 5.1: Coste total de construcción del proyecto, que incluye las fases de preparación y puesta en servicio. Todas las cantidades corresponden a precios del año 2005. - La versión original de la Tabla 5.1 del documento TDR ha sido ligeramente modificada: el suplemento al coste de personal (en concepto de complementos salariales) y los costes adicionales de gestión de la Sociedad XFEL GmbH, que inicialmente se mostraban en filas independientes, se incluyen ahora en los costes de construcción y puesta en servicio.

En la Figura 5.1 se muestra un desglose del coste de la instalación por componentes, tal como se detalla en el capítulo 10 del TDR.

Figura 5.1: Desglose de los costes de construcción (suma de la inversión de capital y de los costes de personal) por grupos de tareas correspondientes a los principales componentes de la instalación.

Adicionalmente, se llevó a cabo un análisis del riesgo de exceso de gasto, conforme a las directrices establecidas por el subgrupo a cargo del cálculo del coste completo de la instalación (subgrupo FCI, del inglés «Full Costing Issues»), perteneciente a su vez al grupo de trabajo encargado de las cuestiones financieras y administrativas (grupo AFI, del inglés «Administration and Financial Issues»). El presupuesto de riesgo resultante (8 % de los costes de construcción) asciende a 78 M€, que es la cantidad adicional necesaria para alcanzar un 98 % de probabilidades de finalizar la instalación con éxito y dentro de los límites presupuestarios.

Los costes anuales previstos para la explotación de la instalación, una vez finalizada por completo la construcción, ascienden a 83,6 M€, en los que se incluyen todos los costes ordinarios correspondientes a explotación, mantenimiento y renovación, así como los costes destinados a apoyar las actividades de los usuarios internacionales y los programas para la visita de científicos y para estudiantes de doctorado.

5.2 Calendario del proyecto.

En la Figura 5.2 se muestra el calendario del proyecto, para cuya elaboración se ha considerado como fecha de comienzo oficial de la construcción el mes de enero de 2007. A continuación se definen las distintas fases del proceso de construcción, que podrán solaparse parcialmente en el tiempo y que corresponden a cada una de las partes principales de la instalación:

– Diseño, creación de prototipos e industrialización.

– Fabricación (incluyendo preseries).

– Instalación.

– Puesta en servicio (técnica y con haz).

En resumen, el calendario de construcción prevé que el hito de la obtención del primer haz en el linac se alcance seis años y medio después del comienzo de la construcción. Para entonces también se habrán instalado la primera rama de línea de haz y el ondulador SASE1. Seguidamente darán comienzo las tareas para la puesta en servicio del haz, las cuales proseguirán hasta alcanzar, siete años y medio después del inicio de la construcción, los objetivos intermedios de rendimiento establecidos para la radiación del SASE1. A partir de ese momento, la línea de haz estará disponible para su explotación mediante los primeros experimentos. Posteriormente se procederá a la puesta en servicio de las restantes líneas de haz.

5.3 Distribución del presupuesto.

Sobre la base de las diferentes contribuciones al TPCC, tal como éstas aparecen resumidas más arriba, además del calendario de construcción y de los costes de explotación descritos en el capítulo 8, resulta posible elaborar un perfil de distribución del presupuesto total para todas las fases del proyecto, desde la fase preparatoria hasta la de explotación. El resultado se muestra en la Figura 5.3, en la que se exponen los presupuestos anuales para el periodo 2005-2016, a precios de 2005 (es decir, sin aplicar el aumento correspondiente a la inflación).

Figura 5.3: Perfil del presupuesto (suma de las inversiones de capital y de los costes de personal, a precios de 2005), desde la fase preparatoria del proyecto hasta la de explotación.

Los costes de personal, mostrados explícitamente en la Tabla 5.1 e implícitamente en la Figura 5.3, corresponden a los costes del personal contratado por la Instalación, además de los costes de personal asociados a los grupos de trabajo del proyecto, los cuales forman parte de la contribución en especie aportada por los distintos laboratorios de los países participantes.

Figura 5.2: Esbozo del calendario del proyecto para los principales componentes de la instalación, desde el inicio de la construcción hasta el comienzo de la explotación.

(Datos extraídos del Informe de Diseño Técnico del XFEL, con fecha de julio del 2006).

Parte B del Documento Técnico 1 del Convenio del XFEL

Escenario para la rápida puesta en servicio de la instalación XFEL Europeo

Escenario para la rápida puesta en servicio de la Instalación XFEL Europeo.

Características básicas de la Configuración Inicial de Referencia.

La configuración inicial únicamente constará de tres líneas de fotones (en lugar de cinco) y seis estaciones experimentales (en lugar de diez), aunque se pondrá a disposición de los usuarios la totalidad del espectro de fotones especificado en el documento TDR. Se mantendrán las prestaciones del acelerador descritas en el documento TDR, de modo que la instalación podrá alcanzar los parámetros de referencia establecidos para su funcionamiento a una longitud de onda de los fotones de 0.1 nm. Sin embargo, se eliminará la sobrecapacidad de energía que el acelerador es capaz de aportar en relación al modo de operación estándar (17.5 GeV). La reducción de costes se realizará de forma tal que la configuración inicial pueda ser posteriormente objeto de ampliación hasta llegar a constituir la Instalación descrita en el TDR. Todos aquellos elementos de la instalación que se vean reducidos o resulten eliminados podrán introducirse nuevamente durante el periodo de construcción, o con posterioridad al mismo, dependiendo de la financiación disponible. Sin embargo, a fin de evitar esfuerzos y costes adicionales, la decisión de reinstalar un componente concreto deberá ser adoptada dentro de un plazo de tiempo determinado. A continuación se indican cuáles son estos momentos críticos para cada uno de los principales componentes afectados.

Incidencia y cálculo detallado de las reducciones de costes.

Sistema acelerador.

No se instalarán cuatro de las unidades correspondientes a la parte principal del linac (situada tras la segunda plataforma de compresión de paquetes); más concretamente, se prescindirá de cuatro módulos aceleradores y de una estación de radiofrecuencia por cada unidad. De esta forma, la energía inicialmente concebida para el linac se reducirá de 20 a 17,5 GeV, mientras que las unidades de repuesto para esta parte del acelerador se reducirán de dos a una (se mantendrá otra unidad de repuesto para la parte comprendida entre los compresores de paquetes). Queda garantizado el funcionamiento de la instalación a la energía de referencia (17,5 GeV) y con los parámetros de referencia indicados en el documento TDR. Sin embargo, disminuirá drásticamente la posibilidad de aumentar la energía del haz y la velocidad de repetición. La decisión de instalar aquellas unidades que en un principio hayan resultado eliminadas deberá adoptarse tan pronto como comience el proceso de licitación para la adquisición de los componentes del linac (a mediados de 2008).

El sistema completo que abarca desde las líneas de electrones hasta los sumideros de haz se construirá como parte de la configuración inicial; sin embargo, se pospondrá la instalación de algunos sistemas de diagnóstico del haz.

Onduladores y experimentos.

A continuación se contempla la posibilidad de reducir el número de onduladores de cinco a tres. El número de estaciones experimentales, con su correspondiente infraestructura, se verá reducido en la misma proporción (seis estaciones en lugar de diez). Otros recortes en las instalaciones experimentales podrían afectar a las instalaciones de láseres ópticos, a las actividades de investigación y desarrollo en el campo de los entornos de muestras, a los laboratorios de preparación de muestras, a la instrumentación específica (que quedaría reducida al 50 %) y al programa de investigación y desarrollo en detectores genéricos (que

sufriría una reducción del 40 %). Uno de los tres desarrollos completos previstos para los detectores de área y los detectores de partículas se retrasará hasta que se produzca la ampliación de la configuración inicial. Por consiguiente, se mantendrá la posibilidad de ampliar la configuración de referencia y alcanzar el diseño original. La figura siguiente ilustra una de las posibilidades para llevar a cabo tal ampliación. En este caso, lo que se pretende es disponer del mismo intervalo espectral de energía de fotones previsto en el TDR, aunque con menor posibilidad de utilizar diversos instrumentos simultáneamente. En la figura se ilustra la opción de trasladar el SASE 3 desde su posición original hasta el lugar de U 1.

Fig. 1: Posible opción para la disposición de los onduladores en la etapa 1 del XFEL.

Esto podría resultar ventajoso en el caso de que la obtención de la línea de haz SASE 2 tuviera que retrasarse más tiempo de lo previsto, ya que las dos líneas de haz SASE ya instaladas podrían utilizarse con dos líneas de haz de electrones separadas, proporcionando una mayor flexibilidad de funcionamiento. Más adelante se describen cuatro alternativas de realización para la propuesta anterior, lo cual demuestra que en la primera etapa del proyecto aún existe una gran flexibilidad en cuanto a la elección de las líneas de haz de fotones y de las estaciones experimentales. La fecha límite para decidir el número y la configuración de los onduladores vendrá dada por la fecha en la que haya de efectuarse el primer pedido. Actualmente, dicho pedido está previsto para la segunda mitad del año 2009. Sin embargo, en lo referente al desarrollo de detectores de área, se prevé que la repercusión de las reducciones de costes sea anterior en el tiempo, por lo que en este caso deberá adoptarse una decisión durante la primera mitad del año 2007.

Infraestructura técnica.

En lugar de construir una nueva planta de helio líquido, se ampliará y reformará la planta existente (HERA). Dos de las tres unidades licuefactoras se dedicarán a XFEL; la unidad restante se utilizará en FLASH. Esto supondrá una menor redundancia en caso de fallos; sin embargo, bastará con una de las dos unidades para mantener el linac frío e, incluso, para hacerlo funcionar bajo parámetros restringidos. DESY perderá la opción de utilizar parte de la planta para otros fines.

El centro de comprobación de módulos se verá reducido al unir el puesto de pruebas de la cavidad horizontal (originariamente separado) con una de las tres estaciones de prueba de módulos. De esta forma, a la hora de realizar pruebas de una sola cavidad en el criostato horizontal, únicamente quedarán disponibles dos puestos de comprobación de módulos.

Puesto que se espera que esto ocurra con poca frecuencia, y solamente durante la fase inicial de la producción de módulos, no se prevé que se produzcan retrasos en la producción y comprobación en serie de los módulos del acelerador.

La decisión de volver a incluir todos estos elementos deberá ser adoptada con urgencia (a mediados o finales de 2007).

Edificios.

La configuración original de los edificios subterráneos no será objeto de modificación, a fin de poder ampliar posteriormente la configuración inicial y alcanzar la Instalación descrita en el TDR. El tamaño del edificio de oficinas y del comedor, ambos ubicados en el campus de Schenefeld, se podrá reducir, aunque se mantendrá la posibilidad de una futura ampliación. Se eliminará la sala originariamente destinada a albergar una nueva planta criogénica. La decisión de construir los edificios del campus tal como fueron inicialmente previstos deberá adoptarse en cuanto den comienzo los concursos de proveedores (en el 2008), o, a más tardar, a mediados de 2009, si se prevé que dicho concurso va a realizarse en diversas etapas.

Estimación de costes.

Basándose en los anteriores supuestos, se estima que la configuración inicial permitirá una reducción de costes de aproximadamente 137 M€ respecto los 986 M€ correspondientes a la instalación completa descrita en el TDR y en el Anexo 3 del Convenio. La reducción de costes se refiere a 106,9 M€ en concepto de inversiones y a 30.1 M€ en concepto de personal, de modo que aún quedarían por cubrir 849.3 M€ correspondientes a los costes de construcción (a precios de 2005). En el cuadro siguiente se muestra un desglose de las reducciones de costes.

Propuestas alternativas para la Instalación Inicial.

En los párrafos siguientes se analizan propuestas alternativas para la realización de una configuración inicial del XFEL Europeo. Estas alternativas demuestran que el presupuesto para la configuración inicial del XFEL Europeo, y, en particular, el presupuesto reducido para los sistemas de haces de fotones, aún permite disponer de la flexibilidad necesaria para ajustarse a las demandas de la comunidad científica. Dado que, caso de ser necesaria, la decisión definitiva acerca de estas opciones no tendrá que adoptarse de forma inmediata, ésta será objeto de un amplio debate con los representantes de las comunidades científicas involucradas.

Las cifras de costes indicadas se refieren a los números citados anteriormente para el escenario de referencia.

Alternativa A.

Esta propuesta sólo incluye una pequeña modificación, que consiste en instalar inicialmente el ondulador SASE2, cuyo espacio intermedio es ajustable, en lugar del ondulador SASE1. Esto permitiría utilizar el acelerador a energía constante, al tiempo que la energía de los fotones podría seleccionarse variando el espacio intermedio del ondulador. Para poder sufragar el coste del SASE2, superior al de SASE1, el ondulador SASE3 para láser de electrones libres de rayos X blandos no se construiría con tecnología helicoidal, sino con tecnología planar convencional. La reducción de costes en investigación y desarrollo, así como en la construcción de instrumentos con tecnología planar, permitiría un ahorro considerable. Más adelante sería posible llevar a cabo una ampliación a un FEL helicoidal (en el que la radiación emitida posee polarización circular), para lo cual bastaría con reemplazar los segmentos del ondulador correspondientes a los tramos de ganancia final.

El coste de esta alternativa es 2.7 M€ menor que el de la configuración inicial de referencia. La fecha límite para decantarse por esta alternativa dependerá del número de segmentos de onduladores que se vayan a encargar (a mediados de 2009) y de la fase de I+D para los onduladores helicoidales (que comenzará, a más tardar, a finales de 2008).

Alternativa B.

Mediante esta alternativa se confiere especial importancia a la emisión de rayos X duros a partir de láser de electrones libres, para lo cual se optaría por mantener los onduladores SASE1 y SASE2, ambos capaces de producir dichos rayos. A fin de compensar el mayor coste de estos instrumentos, durante la primera etapa del proyecto no se construirían más onduladores. Sin embargo, puesto que la sala de experimentación ofrece espacio suficiente, sería posible construir hasta seis instrumentos en torno a estos dos onduladores. En este caso, muchos de los recursos inicialmente destinados al ondulador y a la línea de haz que queden sin construir, podrían emplearse en aumentar el presupuesto correspondiente a las actividades de I+D en detectores y en entornos de muestras.

El coste de esta alternativa es 1,1 M€ menor que el de la configuración inicial de referencia. Esta configuración alternativa podrá ampliarse a escala completa en cualquier momento, sin que ello suponga un incremento específico de los costes. Sin embargo, no debe olvidarse que, en el caso del ondulador helicoidal SASE 3, la fase de I+D debe comenzar dos años y medio antes de la fecha de su instalación.

Alternativa C.

En este caso, los tres onduladores FEL (SASE 1, SASE 2 y SASE 3) se mantendrían durante la primera etapa del proyecto. El ondulador FEL de rayos-X blandos presentaría una configuración de campo magnético planar (véase la Alternativa A). En este caso, y a fin de sufragar el incremento del gasto en onduladores, se propone reducir el número de instrumentos de seis a cuatro. Podría contemplarse el instalar estos cuatro instrumentos en las líneas de haz FEL de rayos X duros correspondientes a SASE1 y SASE2, y dejar vacío el puerto de la línea de haz de rayos X blandos, en el que los grupos de usuarios podrían montar sus propios aparatos (de forma similar a como ocurre en FLASH). Asimismo, la construcción de los instrumentos científicos para el SASE 3 se podría financiar con fondos cedidos por consorcios de investigadores.

El coste de esta alternativa es 0,9 M€ menor que el de la configuración inicial de referencia. Esta configuración alternativa podrá ampliarse a escala completa en cualquier momento, sin que ello suponga un incremento específico de los costes. En cuanto a la configuración helicoidal del SASE 3, es válido lo descrito en la alternativa A.

Conclusión:

Los 850 M€ destinados a costes de construcción permitirán construir la instalación según una configuración inicial con las siguientes características:

1. En un futuro podrá ser objeto de ampliación, hasta constituir la instalación completa especificada en el TDR, sin que ello suponga costes adicionales, siempre y cuando las decisiones correspondientes se adopten con la suficiente antelación.

2. Ofrece diversas alternativas a la hora de elegir, durante la primera etapa del proyecto, los emisores de radiación y, consecuentemente, el programa experimental asociado, con posibilidad de dar una mayor o menor prioridad a los rayos-X duros frente a los blandos, a la coherencia frente a la emisión espontánea, etc.

Documento Técnico 2 del Convenio del XFEL

Estimación de gastos anuales

(en millones de euros, a precios de 2005, sin impuestos)

Haría falta un presupuesto de riesgo adicional de 78 M€ para:

– ofrecer un 98% de probabilidades de concluir el proyecto dentro del presupuesto, aun considerando las condiciones más desfavorables en cuanto a variaciones en los costes, y

– cubrir el riesgo de coste, habida cuenta del retraso de cerca de un año que podría producirse.

Los gastos en el marco de la explotación aumentarán desde el año 2014 en adelante hasta alcanzar, a partir del año 2017, un importe anual de 83,6 millones de euros (a precios de 2005) para la versión completa del TDR, y de 64,2 millones de euros por año (a precios de 2005) para la configuración inicial.

Documento Técnico 3 del Convenio del XFEL

Plano de zona

El plano de zona consiste en:

– una perspectiva general, en la que se muestra el sistema de túneles de la Instalación XFEL (figura 1) y

– planos de los tres emplazamientos destinados a la construcción de edificios en superficie, a saber:

• emplazamiento del XFEL en DESY-Bahrenfeld (figura 2),

• emplazamiento del XFEL en Osdorfer Born (figura 3), y

• emplazamiento del XFEL en Schenefeld (figura 4).

Figura 1: Perspectiva general del sistema de túneles y de los tres emplazamientos.

Figura 2: Emplazamiento del XFEL en DESY-Bahrenfeld.

Figura 3: Emplazamiento del XFEL en Osdorfer Born.

Figura 4: Emplazamiento del XFEL en Schenefeld.

Documento Técnico 4 del Convenio del XFEL

Normas y procedimientos básicos sobre contribuciones en especie

(1) Las aportaciones en especie podrán comprender:

− un componente técnico, así como el personal necesario para su instalación e integración in situ, o

− personal para la realización de tareas específicas durante la fase de construcción.

(2) Deberá prestarse especial atención a la asignación de responsabilidades, al cálculo del valor monetario o financiero de la aportación, al problema de la infrautilización de presupuestos y del sobregasto, y a la resolución de controversias.

(3) En los acuerdos de contribución en especie para cada tarea deberán incluirse, entre otras cosas:

− una descripción técnica y las correspondientes especificaciones,

− calendario y plazos,

− resultados finales,

− cuestiones relativas al control de la calidad,

− pruebas para la determinación del rendimiento; aprobación y puesta en servicio,

− sistemas de control técnico y financiero,

− designación de personal técnico competente,

− cuestiones relativas a los derechos de propiedad intelectual.

(4) Se creará un Comité de Revisión, constituido por el Equipo de Proyecto y por un representante de cada Parte Contratante, con el fin de presentar ante la Administración del XFEL, previamente a la decisión del Consejo, la propuesta de asignación de tareas en especie a institutos asociados específicos.

(5) El Comité de Revisión tratará de obtener el máximo beneficio de los conocimientos técnicos existentes en DESY y en toda Europa. Para ello identificará los posibles grupos de tareas en especie atendiendo a los conocimientos técnicos disponibles, con independencia del lugar donde se encuentren.

(6) Al evaluar las posibles asignaciones de aportaciones en especie, el Comité de Revisión deberá tener en cuenta la disposición, por parte del instituto asociado de que se trate, para ofrecer personal y expertos que lleven a cabo la instalación e integración del sistema, así como su explotación. Podrá preverse la celebración de contratos de mantenimiento a largo plazo.

(7) El Comité de Revisión deberá definir, en la etapa inicial del proceso, las normas comunes y las especificaciones de interfaz que sean necesarias, con vistas a ampliar el campo de las posibles contribuciones en especie a cualquier tarea que, de forma evidente, tenga una interfaz con otra tarea, elemento o componente.

(8) Es esencial que exista una coordinación centralizada para cada uno de los elementos, la cual deberá ubicarse allí donde se disponga de la experiencia técnica pertinente.

Documento Técnico 5 del Convenio del XFEL

Gastos durante la fase preparatoria, considerados como parte del coste total de construcción del proyecto

(en millones de euros, a precios de 2005, sin impuestos)

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El presente Protocolo se aplica provisionalmente por España desde el 6 de octubre de 2011, fecha de su firma por nuestro país.

Madrid, 30 de junio de 2021.–El Secretario General Técnico, José María Muriel Palomino.