ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
advertisement
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Aydın AYHAN
CMS CASTOR DETEKTÖRÜNDE KULLANILAN KUVARTZ
PLAKALARIN ÜRETİLMESİ VE DETEKTÖRE MONTAJI
FİZİK ANABİLİM DALI
ADANA, 2009
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
CMS CASTOR DETEKTÖRÜNDE KULLANILAN KUVARTZ
PLAKALARIN ÜRETİLMESİ VE DETEKTÖRE MONTAJI
Aydın AYHAN
YÜKSEK LİSANS TEZİ
FİZİK ANABİLİM DALI
Bu tez …../....../2009 Tarihinde Aşağıdaki
Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir.
İmza:…………………...
Üyeleri
Tarafından
İmza:…………………….……… İmza:……………………………….
Prof.Dr.Eda EŞKUT Prof.Dr.Gülsen ÖNENGÜT
DANIŞMAN
Jüri
ÜYE
Yrd.Doç.Dr. Nuri EMRAHOĞLU
ÜYE
Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıştır.
Kod No:
Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ
Enstitü Müdür
İmza ve Mühür
Bu Çalışma Ç.Ü. Araştırma Fonu Tarafından Desteklenmiştir.
Proje No:FEF.2008.YL.9
Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve
fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki
hükümlere tabidir.
ÖZ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
CMS CASTOR DETEKTÖRÜNDE KULLANILAN KUVARTZ
PLAKALARIN ÜRETİLMESİ VE DETEKTÖRE MONTAJI
Aydın AYHAN
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FİZİK ANABİLİM DALI
Danışman Prof. Dr. Eda EŞKUT
Yıl 2009, Sayfa 65
Jüri Prof. Dr. Eda EŞKUT
Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT
Yrd.Doç. Dr. Nuri EMRAHOĞLU
CASTOR, bir tungsten-kuvartz örnekleme kalorimetresidir. Kalorimetrede tungsten
plakalar soğurucu ve kuvartz plakalar aktif madde olarak kullanılır. CASTOR CMS
deneyinin ileri bölgesindeki 5,15 < h < 6,5 pseudorapidite aralığını kapsayacaktır.
Kalorimetre Çerenkov ışığı etkisine göre çalışmaktadır.
CASTOR’un IV. Prototipi ve gerçek CASTOR’un bir oktantlık hadronik kısmında
kullanılan kuvartz plakalar üretilmiştir. Üretimden önce kuvartzlara bazı işlemler
uygulanmış ve bu işlemlerden sonra kuvartzların ışık geçirgenlik değerleri elde edilmiştir.
Elde edilen bu değerlerden sonra kuvartzların üretimine ve detektöre monte edilmesine
geçilmiştir. Bu tez çalışmasında, kuvartzlarla yapılmış olan çalışmalar ele alınmıştır.
Anahtar Kelimeler: CASTOR, CMS, Kuvartz, Çerenkov Işınımı
I
ABSTRACT
MSc THESIS
PRODUCTION OF QUARTZ PLATES USED IN THE CMS CASTOR
DETECTOR AND THEIR INSTALLATION TO DETECTOR
Aydın AYHAN
DEPARTMENT OF PHYSICS
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
UNIVERSITY OF CUKUROVA
Süpervisor Prof. Dr. Eda EŞKUT
Year 2009, Pages 65
Jury Prof. Dr. Eda EŞKUT
Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT
Asist.Prof. Nuri EMRAHOĞLU
CASTOR is a tungsten-quartz sampling calorimeter. Tungstens are absorber and
quartz plates are active material. It will be installed in the CMS experiment forward region,
with covering pseudorapidity range 5,15 < h < 6,5 . Calorimeter works as Cerenkov effectbased.
Quartz plates were produced for hadronic section used in IV. prototype of CASTOR
and an octant of real CASTOR. Before production some steps were applied to quartzes and
after these steps it was taken from the Light Transmittion Rate of quartzes.After taken
from these rates it was passed to production of quartz and installation to detector. In this
study it was considered the done works with quartzes.
Key Words: CASTOR, CMS, Quartz, Cherenkov Radiation
II
TEŞEKKÜR
Bu tezin oluşumunda değerli zamanını, düşünce ve deneyimlerini benden
esirgemeyen, bana güvenerek CERN’de bulunmamı sağlayan sevgili hocam ve
danışmanım Prof. Dr. Eda EŞKUT’ a sonsuz teşekkür ederim.
Yapmış olduğum çalışmalarda deneyimlerini benden esirgemeyen sevgili
hocalarım Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT, Prof. Dr. Ayşe POLATÖZ ve Doç. Dr. İsa
DUMANOĞLU’ na çok teşekkür ederim.
Tez süresince çalışmalarımda bana yardımcı olan Dr. Kenan SÖĞÜT, Arş.
Gör. Salim ÇERÇİ, Arş. Gör. Numan BAKIRCI’ ya ve CERN’ de bulunduğum süre
boyunca birlikte çalıştığım değerli Micheal LEBEAU ve bütün laboratuar
arkadaşlarıma çok teşekkür ederim.
Bugünlere kadar gelebilmemde desteklerini hiç bir zaman benden
esirgemeyen ve bana her zaman inanan sevgili annem Fatma AYHAN, sevgili abim
Yılmaz AYHAN, sevgili kızkardeşim Emine AYHAN, sevgili kardeşim M.Emir
AYHAN, sevgili yengem Çiğdem AYHAN ve sevgili dostum Murat YAVUZ’ a
sonsuz teşekkür ederim.
Ayrıca sekiz ay boyunca CERN’de bulunmamı sağlayan TAEK (Türkiye
Atom Enerji Kurumu)’na ve yüksek lisans çalışmalarımı maddi olarak destekleyen
Çukurova Üniversitesi Araştırma Projeleri Birimi’ne teşekkür ederim.
III
İÇİNDEKİLER
SAYFA
ÖZ..................................................................................................................................I
ABSTRACT.................................................................................................................II
TEŞEKKÜR................................................................................................................III
İÇİNDEKİLER...........................................................................................................IV
ÇİZELGELER DİZİNİ...............................................................................................VI
ŞEKİLLER DİZİNİ...................................................................................................VII
SİMGELER VE KISALTMALAR..............................................................................X
1.GİRİŞ.........................................................................................................................1
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR....................................................................................... 3
2.1. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (BHÇ)..…………………………………………3
2.2. CMS (Compact Muon Solenoid) Deneyi.....................………………….…….6
2.3. CMS Detektörünün Alt Birimleri…………………………………………..…7
2.3.1. İzleyici Sistem...………………………………………………………..8
2.3.2. Elektromanyetik Kalorimetre (EKAL)…………………………...........9
2.3.3. Hadronik Kalorimetre (HKAL).................…………………………...11
2.3.4. Mıknatıs......................………………………………………………..12
2.3.5. Müon Sistemi........................................................................................14
2.3.6. CASTOR..............................................................................................15
2.3.6.1. CASTOR’da Araştırılacak Fizik Konuları...........................15
2.3.6.2. CASTOR’un Mekanik Tasarımı...........................................16
2.3.6.3. Çerenkov Işınımı...................................................................21
3. MATERYAL VE METOD.................................................................................... 24
3.1. Aktif Madde Olarak Kuvartz...........................................................................24
3.1.1. Erimiş Silika (Fused Silika) Kuvartz....................................................24
3.1.2. CASTOR’un Hadronik Kısmında Kullanılan Kuvartzların Üretimi....26
3.2. Spektro-Fotometre (SF)...................................................................................27
3.2.1. SF Dizaynı.............................................................................................27
3.2.2. Kuvartz Ölçümlerinde Kullanılan SF Düzeneği....................................28
3.3. Kuvartz Plakalarının Üretim Aşamaları...........................................................31
IV
3.4. Kesme, Parlatma ve Cilalama Makineleri ve Bunlar ile Yapılan İşlemler......33
3.5. Fırınlama ve Asetonda Bekletme.....................................................................38
4. ARAŞTIRMA VE BULGULAR............................................................................40
4.1. DELPHİ Tabakalarının Kesilmesi...........................................…..…………..40
4.2. Kuvartz Numunelerinin Test Edilmesi................................…………...…….41
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER................................................................................57
KAYNAKLAR...........................................................................................................59
EKLER........................................................................................................................61
ÖZGEÇMİŞ................................................................................................................65
V
ÇİZELGELER DİZİNİ
SAYFA
Çizelge 2.1. CMS süperiletken solenoid mıknatıs parametreleri (CMS TDR–I,2006)..13
Çizelge 3.1. Kesim Koordinatları..................................……………….………..……..36
Çizelge 4.1. Farklı işlemlerden geçen kuvartz numuneler (ADIGÜZEL,2008).............48
VI
ŞEKİLLER DİZİNİ
SAYFA
Şekil 2.1. BHÇ Kompleksi (http://public.web.cern.ch/public/en/Research)...............4
Şekil 2.2. CMS Detektörü (http://cmsdoc.cern.ch/cms/outreach/html/CMSdocuments
/CMSchallenges/CMSchallenges.ındex.html).............................................7
Şekil 2.3. Silikon Piksel ve Silikon Mikro-Şerit’den oluşmuş CMS izleyici sistem
(http://images.google.com/imgres?imgurl=http://bp0.blogger.com/_iUP5m
II57Lo/R2YCfV)..........................................................................................9
Şekil 2.4. CMS EKAL (http://cms-project-ecal-p5.web.cern.ch/cms-project-ECALP5................................................................................................................10
Şekil 2.5. CMS HKAL...............................................................................................12
Şekil 2.6. CMS Süper İletken Mıknatıs (http://images.google.com/images?um=1&h)
...................................................................................................................13
Şekil 2.7. Müon Sistemi( http://commons.wikipedia.org/wiki/Image:CMS_Magnet_
barrel_Ring_with_Muon_chambers.jpg)…………………………………14
Şekil 2.8. CASTOR detektörünün konumu (2008 JINST 3
S08004)…............….17
Şekil 2.9. CASTOR kalorimetresinde kullanılan W tabaka...........................….…...18
Şekil 2.10. Q plakalar .................................................................................………...18
Şekil 2.11. CASTOR’un bir oktantı............................................................................19
Şekil 2.12. CASTOR’un mekanik tasarımı (2008 JINST 3 S08004).........................21
Şekil 2.13. Jetler arkalarında iz bırakır......................…….................................…...22
Şekil 2.14. Çerenkov konisi (http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Cherenkov.svg#file)
...................................................................................................................23
Şekil 3.1. Farklı yapılı kuvartzlar (http://en.wikipedia.org/wiki/Quartz)..................25
Şekil 3.2. SF test düzeneği..........................................................................................29
Şekil 3.3. Işık geçirgenlik ölçümünde kullanılan program (Courtesy of CMA Group
at CERN).....................................................................................................30
Şekil 3.4. SF’nin görünümü (Courtesy of CMA Group at CERN).........................…31
Şekil 3.5. Dörtlü grup halinde yapıştırılan kuvartzlar.................................................32
Şekil 3.6. Parlatma ve Cilalama aleti .....................................................................…33
Şekil 3.7. Kesme makinesi..........................................................................................34
VII
Şekil 3.8. Kesme işlemi için kullanılan yardımcı alet................................................34
Şekil 3.9. Parlatma makinesi.......................................................................................35
Şekil 3.10. Cilalama makinesi....................................................................................36
Şekil 3.11. Kuvartz geometrisi...................................................................................37
Şekil 3.12. Dörtlü Q grup............................................................................................38
Şekil 3.13. Fırınlamadan sonra kuvartzlar..................................................................38
Şekil 3.14. Tüm işlemlerden geçen bir kuvartz plaka.................................................39
Şekil 4.1. Tabakaların küçük plakalara ayrılması için kullanılan kesim şeması.......40
Şekil 4.2. 2211, 2212 ve 2213 numaralı O kuvartzların ışık geçirgenliği..................43
Şekil 4.3. 2111, 2112 ve 2113 numaralı O+KT yapılan kuvartzların ışık geçirgenlik
değerleri.....................................................................................................44
Şekil 4.4. 1244 numaralı kuvartzın ışık geçirgenlik değerleri ..............................…45
Şekil 4.5. O+KT+YS işlemleri yapılan 1143 numaralı kuvartzın 1100˚C ısıtıldıktan
sonraki ışık geçirgenliği..............................................................................45
Şekil 4.6. Radyasyon dayanıklılığı gösteremeyen bazı kuvartz numuneler ..............46
Şekil 4.7 1224 numaralı kuvartzın ışık geçirgenlik değerleri.....................................47
Şekil 4.8. 1.4MRad’ lık doz uygulandıktan sonra 324 numaralı kuvartzın ışık geçirgenlik değerleri..........................................................................................48
Şekil 4.9.a. 21, 22, 23, 24, 25, 45, 46, 47 ve 48 numaralı kuvartzların radyasyondan
sonra ışık geçirgenlik değerleri..................................................................48
Şekil 4.9.b. 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 ve 64 numaralı kuvartzların radyasyondan sonra ışık geçirgenlik değerleri.......................................................................49
Şekil 4.9.c. 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 ve 72 numaralı kuvartzların radyasyondan sonra ışık geçirgenik değerleri.........................................................................49
Şekil 4.9.d. 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79 ve 80 numaralı kuvartzların radyasyondan sonra ışık geçirgenlik değerleri.......................................................................50
Şekil 4.9.e. 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 ve 88 numaralı kuvartzların radyasyondan sonra ışık geçirgenlik değerleri......................................................................50
Şekil 4.10. CASTOR’un dördüncü prototipi..............................................................51
Şekil 4.11. CASTOR’un bir oktantlık kısmına yerleştirilen kuvartz plakalar............52
Şekil 4.12. CASTOR’un kuvartz ve tunsten plakaları ..............................................52
VIII
Şekil 4.13. Beşli kuvartz ve tungsten plakalara bağlanan FÇT’ler............................53
Şekil 4.14. CMS’teki konumuna yerleştirilmek üzere 1/8’i tamamlanan CASTOR kalorimetresi................................................................................................54
Şekil 4.15. CASTOR’un CMS’deki yeri....................................................................54
Şekil 4.16. CMS’ye yerleştirilen CASTOR................................................................55
Şekil 4.17. EM için kullanılan orijinal kuvartzların ışık geçirgenlik değerleri..........55
Şekil 4.18. EM için kullanılan O+5 MRad’lık doz sonrasında ölçülen ışık geçirgenlik
değerleri....................................................................................................56
Şekil 5.1.a. Schott kuvartzlarının ışık geçirgenlik değerleri.......................................57
Şekil 5.1.b. Hereous kuvartzlarının ışık geçirgenlik değerleri....................................58
IX
SİMGELER VE KISALTMALAR
YEF
: Yüksek Enerji Fiziği
SM
: Standart Model
CERN
: Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi
BHÇ
: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı
LEP
: Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı
PSB
: Proton Siklotron İtici
PS
: Proton Siklotronu
SPS
: Süper Proton Siklotron
CMS
: Küçük Müon Solenoid
CASTOR: Centauro ve Acayip Cisim Araştırmaları
HF
: İleri Hadronik Kalorimetre
ZDC
: Sıfır Derece Kalorimetre
TOTEM : Toplam Etkileşme Tesir Kesiti Teleskopu
DQM
: Hapsedilemeyen Kuark Madde
QCD
: Kuantum Renk Dinamiği
DELPHİ : Lepton, Foton ve Hadron tanımlayıcı Detektör
SF
: Spektro-Fotometre
FÇT
: Foto Çoğaltıcı Tüp
MeV
: Milyon Elektron Volt
GeV
: Milyar Elektron Volt
TeV
: Trilyon Elektron Volt
X0
: Radyasyon Uzunluğu
l
: Nükleer Etkileşme Uzunluğu
h
: Yarı rapidite
X
1. GİRİŞ
Aydın AYHAN
1. GİRİŞ
Parçacık veya Yüksek Enerji Fiziği (YEF), maddenin temel yapıtaşlarını ve
bu yapı taşlarının davranışlarını en temel düzeyde kontrol eden, kuvvetleri araştıran
fizik dalıdır. Maddenin bilinmeyenlerini ve Büyük Patlamadan günümüze kadar
Evren’in oluşum süreçlerini anlamak için kuramsal ve deneysel çalışmalar
yapılmaktadır. Kuramsal çalışmalar Standart Model (SM) denilen bir model ile
açıklanmaktadır.
Deneysel
çalışmalar
için
hızlandırıcı
ve
detektörler
kullanılmaktadır.
Hızlandırıcılar, parçacık demetlerini hızlandırarak onlara enerji kazandıran
makinelerdir. Hızlandırıcıların yapıları, uygulanan elektrik ve manyetik alana
bağlıdır. Parçacıklar elektrik alandan dolayı hızlanır. Manyetik alan ise parçacıkların
bir yörüngede dolaşmasını ve belli bir noktaya odaklanmasını sağlar. Günümüzde
doğrusal ve dairesel olmak üzere iki çeşit hızlandırıcı vardır. Doğrusal
hızlandırıcılarda parçacık demetleri hızlandırıcının bir noktasından başlayarak hedefe
kadar elektrik alanı yardımıyla bir doğru boyunca hızlandırılır. Dairesel
hızlandırıcılar üzerinde hareket eden parçacık demetleri ise istenilen hıza ve enerjiye
ulaşana kadar daire üzerinde defalarca dönebilirler. Dairesel hızlandırıcılara
uygulanan farklı elektrik alanları ile demetler ışık hızına çok yakın hızlara kadar
hızlanabilir. Günümüzde hem doğrusal hem dairesel hızlandırıcıların birlikte
kullanıldığı hızlandırıcılar da vardır. Bu tip hızlandırıcılar için verilebilecek en iyi
örneklerden biri CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi)’nde bulunan BHÇ
(Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)’dir. Hızlandırıcı üzerinde ATLAS (A Toroidal LHC
ApparatuS - Büyük Toroidal Detektör), CMS (Compact Muon Selonoid - Küçük
Müyon Selonoid), ALICE (A Large Ion Collider Experiment Büyük İyon Çarpıştırıcı
Deneyi), LHCb (A Large Hadron Collider Beauty) olmak üzere dört büyük deney
bulunmaktadır. BHÇ’de 14 TeV (1TeV=1012 eV) kütle merkezi enerjisine sahip iki
proton (pp) hüzmesi ve 5.5 TeV’lik ağır iyonlar (PbPb) çarpıştırılacaktır. BHÇ’de
Büyük Patlama’dan saniyenin milyarda birinden de kısa süre sonraki şartlar
laboratuar koşullarında yaratılarak Higgs bozonu, madde-antimadde asimetrisi,
süpersimetrik parçacıklar, mini kara delikler, gravitonlar gibi yeni parçacıklar
1
1. GİRİŞ
Aydın AYHAN
araştırılacaktır. Ayrıca Evrendeki karanlık maddenin yapısı, evrenin başlangıcında
var olan sıcak ve yoğun maddenin özellikleri anlaşılmaya çalışılacaktır.
Çukurova Üniversitesi Deneysel Yüksek Enerji Fiziği grubu 1996 yılından bu
yana CMS deneyinin alt detektörlerindeki çalışmaları yürütmektedir. Grup
elemanlarımız CMS’nin hadronik kalorimetresi (HKAL)’nin alt detektör birimlerinde
çalışmaktadır. Bu tez çalışması HKAL’in ileri detektörlerinden biri olan CASTOR
(Centauro And STrange Object Research) kalorimetresinin dördüncü prototip’inde ve
gerçek CASTOR’un bir oktantlık kısmında kullanılan kuvartz plakaların üretimi ile
ilgilidir. CERN’de üretilen kuvartz plakalar LEP (Büyük Elektron Pozitron
Çarpıştırıcısı)’in DELPHI (DEtector with Lepton, Photon and Hadron Identification)
detektöründen alındı. LEP, CERN’in BHÇ’den önceki hızlandırıcısıdır.
Tezin önceki çalışmalar kısmında BHÇ, CMS ve CASTOR detektörü
hakkında bilgi verildi. Kuvartz plakaların üretilmesi için kullanılan makinelerin
ayrıntıları ve kuvartz’ların üretim aşamaları materyal ve metod kısmında tartışıldı.
Kuvartz plakaları seçmek için yapılan ışık geçirgenlik ölçümleri araştırma ve bulgular
kısmında verildi.
Orijinal DELPHI tabakalarının üstünde bulunan Bakır-Krom (Cu - Cr)
izlerini temizleme işlemi üç aşamada yapıldı. Kuvartz nümunelerin ışık geçirme
oranının performansını test edebilmek için numuneler İsviçre’de bulunan PSI (Paul
Scherrer Institute)’de
60
Co kaynağı kullanılarak üç farklı dozda radyasyona maruz
bırakıldı. Radyasyondan sonraki ışık geçirgenlik oranlarını ölçmek için nümunelerin
üzerine 250 nm’den başlayarak 5nm’lik artışlarla 700 nm’ye kadar farklı dalga
boyunda ışık gönderildi. Tüm nümuneler uygulanan farklı dozlarda dalga boyu ile
değişim gösterdi. Tüm işlemlerden başarı ile geçen plakalardan ışık geçirgenlikleri %
50’in üstünde olanlar CASTOR kalorimetresinin dördüncü prototipinde ve gerçek
CASTOR’un bir oktantlık hadronik kısmında kullanılmak üzere seçildi
2
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
2.1 Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (BHÇ)
Parçacıklar hızlandırıcılar kullanılarak çarpıştırılır. Yaygın olarak kullanılan
iki tip hızlandırıcı vardır. Birincisi parçacıkların sabit bir hedef ile çarpışması diğeri
parçacık hüzmelerinin birbirleri ile kafa kafaya gelecek biçimde çarpıştırılmalarıdır.
Hızlandırıcılar üzerine yerleştirilen parçacık detektörleri ise çarpışmadan sonra
meydana gelen yeni parçacıkları varlayarak onların momentumları, enerjileri,
kütleleri ve yükleri hakkında bilgi verir. Bir hızlandırıcı aşağıdaki ana bileşenlerden
oluşur (http://public.web.cern.ch/public/en/Research):
·
Radyo Frekans (RF) Kovuğu ve Elektrik Alanlar; Parçacıkların
hızlandırılmasında en önemli yapılardan biridir. RF kovukları hüzme
borusu boyunca belirli aralıklarla yerleştirilir ve uygulanan elektrik alanı
parçacık demetlerinin hızlanmasını ve enerji kazanmalarını sağlar.
·
Vakum odası; Parçacıkların içinde ilerledikleri hüzme borusu olarak da
bilinen metal bir borudur. Parçacıklar ve gaz molekülleri arasındaki
çarpışmaları yok etmek için boru içinde ultra yüksek bir boşluk
oluşturulur. Böylece parçacıkların hızını engelleyen etkiler azaltılır.
·
Mıknatıslar; Hızlandırıcılarda dipol ve kuadrupol olmak üzere iki tip
mıknatıs
kullanılır.
Dipol
mıknatıslar
parçacık
yörüngelerinin
bükülmesini sağlar kuadrupol mıknatıslar ise hüzmeyi odaklamak ve
parçacıkları bir arada birbirine yakın tutmak için kullanılır.
Bugün Dünya’nın en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcısı Cenevre
yakınlarında, İsviçre ve Fransa sınırlarını içine alan BHÇ’dir. Çevresi 27 km olan
hızlandırıcı yerin yaklaşık 100 m altındadır. Bu hızlandırıcı, her şeyin temelini
oluşturan maddenin en küçük yapı taşlarını ve Evren hakkında bilinmeyenleri daha
iyi anlamamızı sağlayacaktır.
3
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
BHÇ Şekil 2.1’de görüldüğü gibi bir hızlandırıcı kompleksi olup CERN’de
daha önce var olan LEP (Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı) tünelinde yeni bir
parçacık çarpıştırıcısı olarak inşa edilmiştir. BHÇ' de proton-proton ( pp ) ve ağır
kurşun iyonları ( PbPb ) çarpıştırılacaktır. Kompleksin başlangıç noktası, hidrojen
atomlarının iyonize edilerek proton ve elektronlara ayrıştırıldığı iyon kaynağıdır.
İyonize olan protonlar önce doğrusal hızlandırıcılar (LINAC2) ile Proton Siklotron
Booster (PSB)’e pompalanır ve proton’ların enerjisi 1, 4 GeV (1 GeV = 10 9 eV) ’e
ulaşır. Daha sonra protonlar enerjilerinin 25 GeV ’ye çıktığı Proton Siklotron (PS)’e
oradan da çevresi 6 km olan Süper Proton Siklotron (SPS)’e ulaşır. SPS’de
enerjisi 450 GeV ’e çıkan proton hüzmesi zıt yönde iki ayrı kola ayrılır. BHÇ
çalışmaya başladığında her bir kol üzerindeki protonlar ışık hızına yakın hızlara
erişerek enerjileri 7 TeV (1 TeV = 1012 eV) olacaktır.
Şekil 2.1. BHÇ Kompleksi (http://public.web.cern.ch/public/en/Research).
4
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Proton demeti her birinde 100 milyar (1011 ) proton olan 2800 öbekten
oluşacaktır. Öbekler aralarında 7 m mesafe olacak biçimde her 25 ns ’de BHÇ' ye
enjekte edilecektir. Protonlar BHÇ tünelini saniyede 11.000 defa dolaşacaktır.
Demetler saniyede 40 milyon kez birbirleri içinden geçecektir. Toplam çarpışma
sayısı olan ışıklılık L @ 10 34 cm -2 s -1 olacaktır. BHÇ' de PbPb çarpışmaları da
gerçekleşecektir.
BHÇ' de süper iletken elektro mıknatıslar kullanılmıştır. Süper iletkenler,
ısıları belli bir seviyeye düşürüldüğünde elektrik akımına karşı dirençlerini tamamen
kaybeden maddelerdir. Süper iletken malzemelerde elektriksel direnç neredeyse
yoktur. Dolayısıyla elektrik akımı bir süper iletkenden hiç enerji kaybına uğramadan
akabilir. Bu da elektriğin kaynağından kullanılacağı yere taşınırken oluşan her türlü
kaybın ortadan kalkması anlamına gelir. Bir metalin atomları normalde düzensiz
yerleşmiştir ve bunlar her zaman titreşir. Süper iletkenlikte ise herhangi bir metal 0
Kelvin ya da - 273 °C ’a kadar soğutulduğunda (mutlak 0 noktasında) o metalin
atomları hareketsiz kalacaktır. Böylece o metalin içinden geçecek olan elektronların
karşılaşacağı engel kalmadığından maddenin direnci sıfıra düşecektir.
BHÇ' de elektro-mıknatıslar için 6 mikron (saç telinin 1/10’u ) kalınlığında
220.000 km uzunluğunda 6400 adet süper iletken niyobyum-titanyum (Nb - Ti) tel
kullanıldı. Bu uzunlukta bir telle Dünya’nın ekvatordaki çevresini 5,5 kez dolaşmak
mümkündür. Nb - Ti telin süper iletkenlik özelliği gösterebilmesi için - 271,30 C ’a
kadar soğutulması gerekir. Bu sıcaklıkta, elektromıknatıslardan 11.700 A akım
geçerek 8,3 Tesla' lık bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan Dünya’nın
manyetik alanından 160.000 kez daha büyüktür (Güler, 2008).
İki proton demeti çarpıştığında oluşacak sıcaklık Güneş’in çekirdeğinkinden
1000 milyon kere daha fazla olacaktır.
5
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
2.2 CMS (Compact Muon Solenoid) Deneyi
CMS, BHÇ halkası üzerinde bulunan dört büyük deneyden biridir. CMS
detektörü, pp ve PbPb çarpışmalarını TeV enerji ölçeğinde araştırabilecek genel
amaçlı bir detektör olarak tasarlanmıştır. Parçacık demetleri, BHÇ halkaları içinde
hızlandırılıp hızları ışık hızına yakın hızlara eriştikten sonra, parçacık detektörleri
içerisinden geçen ve parçacıkların ters yönlere doğru hareket etmesini sağlayan
halkaların detektör içerisindeki kesişim noktalarında çarpıştırılacaklardır. Detektör
pp çarpışmalarında
s = 14 TeV’ lik enerjide L » 10 34 cm -2 sn -1 lüminosite ile,
PbPb çarpışmalarında ise,
s NN = 5,5 TeV’ lik enerjide L » 10 27 cm -2 sn -1 ’lik
lüminosite ile çalışacaktır. CMS’de bakılması düşünülen fizik konularının başında
elektro-zayıf simetri kırınımı, maddeye kütle kazandırdığına inanılan Higgs parçacığı
araştırmaları, madde-anti madde asimetrisi, Standart Model (SM) ötesi fizik ve güçlü
etkileşimle bozunum konuları gelmektedir (Physics Technical Design Report,
Addendum 1).
Yarıçapı 14,6 m ve uzunluğu 21,6 m olan CMS detektör’ünün ağırlığı 12500
ton’dur. Detektör hüzme borusu boyunca eşmerkezli silindirik katmanlardan oluşan
soğansı bir yapıya sahiptir. Parçacıkların bırakacağı izler katmanlar boyunca radyal
olarak yayılır.
CMS’in tasarım hedefleri ve gereksinimleri aşağıda özetlenmiştir. (Akgün,
2003)
·
Yüksek manyetik alan oluşturmak için güçlü bir süper iletken solenoid,
·
İz momentumlarının ölçümü için iç izleyici sistemi,
·
Yüksek çözünürlüklü bir Elektromanyetik Kalorimetre (EKAL),
·
ET
kayip
ölçümlerini gerçekleştirecek ve jetleri yüksek çözünürlükte
belirlemek için Hadronik Kalorimetre (HKAL),
·
Mükemmel bir müon sistemi,
6
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Detektör en içten dışa doğru; İzleyici, EKAL, HKAL, mıknatıs ve müon
spektrometresi olacak
biçimde sıralanmıştır. CMS detektörü Şekil 2.2’de
gösterilmiştir. CMS, BHÇ’nin diğer üç büyük detektörü gibi yerin100 m altında
bulunan çarpışma noktasına yerleştirilmiştir.
Şekil 2.2. CMS Detektörü (http://cmsdoc.cern.ch/cms/outreach/html/CMSdocuments
/CMSchallenges/CMSchallenges.ındex.html).
2.3 CMS Detektörünün Alt Birimleri
Detektör sistemleri çarpışmadan sonra oluşan parçacıkların izlerini takip
eden, bırakacakları enerjileri ölçen, yük, momentum ve kütlelerini belirleyen alt
detektör birimlerden oluşur.
7
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
2.3.1 İzleyici Sistem
Detektör içinde meydana gelen bir çarpışmadan sonra oluşan bütün
parçacıklar detektör içinde ilerlerken farklı yollar izler. Parçacıkların yollarını
belirlemek için CMS detektörünün en iç kısmına silikon piksel ve silikon mikro-şerit
katmanlarından oluşan izleyici sistem yerleştirilmiştir. Bu sisteme iz-takip edici
detektör de denilmektedir. Çarpışma sonrası oluşan parçacıklar önce sistemle
etkileşeceklerdir. Detektör
yapıya
sahiptir.
2,2 m çapında olup 5, 4 m uzunluğunda silindirik bir
İzleyici
sistem
manyetik
alan
yardımıyla
parçacıkların
momentumları ve yükleri hakkında bilgi edinebilmemizi sağlar. İzler, sarmal
yapılarına, düşük ve yüksek momentumlarına ve parçacıkların bir doğru boyunca
ilerlemelerine göre parçacığın yapısı hakkında bilgi verir.
Sistem her 25 ns’de, 0.0 < h < 3.0 pseudorapidite aralığında 1000 tane yüklü
parçacık kaydedebilme özelliğine sahiptir. Yüksek kanal yoğunluğu iyi bir uzaysal
çözünürlük için tercih edilmiştir. İzleyici için seçilen malzemenin, içinde hareket
edecek olan parçacıkların izlerini saptırmamak için çok düşük kütle numaralı
materyalden yapılan katmanlar seçilmiştir. İzler, parçacıkların her bir katman
boyunca ilerlerken mikro-şerit’lerde kaydedilen vuruşları ile belirlenecektir (2008
JINST 3 SO8004).
Silikon piksel detektör üç katmanlı bir fıçı şeklinde tasarlanmıştır. Fıçı yapı
her iki taraftan iki katmanlı kapakla desteklenmiştir. Bu detektörü silikon mikro-şerit
detektör sarar. Detektörde 107 tane silikon mikro-şerit, hüzme borusunu çevreleyecek
biçimde iç içe yerleştirilmiştir.
8
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Şekil 2.3. Silikon Piksel ve Silikon Mikro-Şerit’den oluşmuş CMS İzleyici Detektör
(http://images.google.com/imgres?imgurl=http://bp0.blogger.com/_iUP5m
II 57Lo/R2YCfV)
2.3.2 Elektromanyetik Kalorimetre (EKAL)
Kalorimetreler içinden geçen parçacıkların enerjilerine karşı duyarlı
detektörlerdir. Çarpışma sonucu oluşan parçacıklar kalorimetre tarafından ya
durdurularak ya da enerjilerini kalorimetrede bırakarak başka parçacıkların
oluşmasını sağlarlar. Bu detektörler müyon ve nötrino dışında bilinen tüm
parçacıkları durdurabilir. Kalorimetreler “pasif veya soğurucu” denilen yüksek
yoğunluklu malzeme tabakaları ile “aktif” ortam denilen sıvı argon veya katı kurşuncam gibi malzemelerden yapılır.
Elektromanyetik kalorimetre elektron ve pozitron gibi hafif kütleli ve foton
gibi kütlesiz olan ve elektromanyetik etkileşme yapan parçacıkların detektörde
bıraktığı enerjiyi ölçer. Kalorimetreye giren yüksek enerjili elektron ve fotonlar
kalorimetrenin atomları ile etkileşerek enerjilerini daha düşük enerjili elektron,
9
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
pozitron ve fotonlardan oluşan elektromanyetik duşlarla kaybeder. Duş oluşumu
parçacığın enerjisi kalorimetre tarafından tamamıyla soğurulana kadar devam eder.
CMS' de kullanılan Elektromanyetik Kalorimetre (EKAL) homojen hermitik
bir yapıya sahiptir. Kalorimetre fıçı ve kapak olmak üzere iki kısımdan oluşur. Fıçı
kısmında yaklaşık 61200 adet kurşun tungstat ( PbWO 4 ) kristal ve her iki kapak
kısmında 14640 adetten fazla PbWO 4 kristal kullanılmıştır. EKAL' de kullanılan
toplam kristal sayısı yaklaşık olarak
8.10 5
dir. Kalorimetre’de
PbWO 4
(d PbWO 4 = 8,28 gr/cm 3 ) kristali kullanılmasının nedeni; PbWO 4 ‘in kısa radyasyon
uzunluğuna ( X 0 = 0,89 cm)
ve küçük Moliere yarıçapı
(2,2 cm) ’na sahip
olmasıdır. Fıçı kısmında foto detektör olarak silikon çığ foto diyotlar ve kapak
kısmında ise vakum foto diyotlar kullanılmıştır (CMS TDR-I, 2006).
Higgs parçacığı çarpışmalar sonucunda oluşan elektron, pozitron ve fotonlar
tarafından tanımlanabileceğinden EKAL’in Higgs parçacığını keşfetme de önemli bir
rol oynayacağı beklenmektedir. CMS' de kullanılan EKAL Şekil 2.4’de verilmiştir.
Şekil 2.4. CMS EKAL (http://cms-project-ecal-p5.web.cern.ch/cms-project-ECALP5).
10
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
2.3.3 Hadronik Kalorimetre (HKAL)
Proton ve nötron gibi kuark içeren parçacıkların (hadronlar) detektörde
bıraktığı enerji hadronik kalorimetreler (HKAL) tarafından ölçülür. CMS
deneyindeki HKAL, EKAL ile mıknatıs arasına yerleştirilmiştir. HKAL tüm
hadronik duşların yönünü, enerjisini ölçmek, oluşan duşlardaki fotonları, elektronları
ve muonları tanımlamak üzere tasarlanmıştır. SM Higgs bozunum kanalları,
çarpışmalardan sonra oluşan jetlerin ve/veya kayıp dik enerjinin belirlenmesini
gerektirmektedir. Kayıp dik enerji süper simetrik parçacıklar ayrıca nötrino ve tau
gibi zayıf etkileşen parçacıkların da keşfedilmesi için önemlidir. HKAL bu fizik
araştırma programlarını yürütebilecek kapasitededir (CMS TDR-I, 2006).
HKAL merkezi ve ileri kalorimetre olmak üzere iki kısımdan oluşur.
Solenoidin içinde bulunan merkezi kalorimetre de aktif ortam olarak plastik
sintilatörler ve soğurucu olarak bakır kullanılmıştır. Merkezi kalorimetre hadronik
fıçı (HB), hadronik kapak (HE) ve dış kısım (HO)‘dan oluşmuştur. Kayıp enerji
çözünürlüğünü iyi bir şekilde belirlemek için kalorimetre h < 5.0 bölgesini
kapsayacak şekilde yerleştirilmiştir. Hadronik fıçı ve hadronik kapak kısmı h < 3.0
pseudorapidite bölgesinde,
dış kısım ise
h < 1.4 pseudorapidite bölgesini
kapsamaktadır. HKAL’in CMS’teki konumunu gösterir bir fotoğrafı Şekil 2.5’de
verilmiştir.
Kayıp dik enerji ölçümleri için önemli olan İleri Kalorimetre (HF),
3.0 < h < 5.0 pseudorapidite aralığını kapsar ve etkileşme noktasından 11 m uzağa
yerleşmiştir. CASTOR, HKAL’in diğer ileri kalorimetresidir. CASTOR ile ilgili
ayrıntılı bilgi bu bölüm içinde verilecektir.
11
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Şekil 2.5. CMS HKAL
2.3.4. Mıknatıs
CMS' de çizelge 2.1’de bazı özellikleri verilen süper iletken solenoid
mıknatıs kullanılmaktadır. Kütlesi 10.000 ton civarında olan solenoid 4T‘lık
manyetik alan oluşturabilecek özelliktedir. 4T yaklaşık olarak Dünya’nın manyetik
alanının 100.000 katı civarındadır. Mıknatıs ağırlık, büyüklük ve yapısal sertlik
bakımından ve CMS’nin diğer detektör bileşenlerini destekleyen en temel
detektörüdür.
12
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Manyetik Alan
4T
İç Çapı
5,9 m
Uzunluk
12,9 m
Dönme Sayısı
2168
Akım
19,5 kA
Depolanan Enerji
2,7 GJ
Basınç
64 atm
Çizelge 2.1. CMS süperiletken solenoid mıknatıs parametreleri (CMS TDR-I,2006).
Şekil 2.6. CMS Süper İletken Mıknatıs (http://images.google.com/images?um=1&h)
13
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
2.3.5 Müon Sistemi
Müon sistemi CMS’in solenoid mıknatısını saran detektörüdür. Müonların
tanımlanması, momentumlarının ölçülmesi için kullanılan müon sistemi aralarında
demir tabakalar bulunan dört müon istasyonundan oluşmuştur. Bir fıçı kısmı
( h < 1.2 ) ve iki tane kapak ( 0.9 < h < 2.4 ) olacak şekilde parçalara bölünmüştür.
Son müon istasyonundan önce soğurucunun toplam kalınlığı iyi müon belirlenmesine
izin veren 16 etkileşim uzunluğundadır. Toplam 25.000m2 lik bir alanı kapsar ve
solenoid’in yapısından dolayı silindirik bir yapıya sahiptir. İyi bir müon
tanımlanması, momentum ölçümü ve tetikleme (trigger) ile sağlanır. Müon
momentum çözünürlüğü ve tetikleme için yüksek manyetik alanlı solenoid ve onun
demir boyunduruğu kullanılmaktadır.
Şekil 2.7. Müon Sistemi (http://commons.wikipedia.org/wiki/Image:CMS_Magnet_
barrel_Ring_with_Muon_chambers.jpg)
14
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
2.3.6 CASTOR
CMS deneyinde HF, CASTOR (Centauro And Strange Object Research) ve
ZDC (Zero Degree Calorimeter) olmak üzere üç ileri kalorimetre bulunmaktadır.
CASTOR ve ZDC kalorimetreleri hem pp hemde ağır iyon-iyon ( PbPb )
çarpışmaları ile ilgili fizik konularını araştıracaktır. Ağır PbPb çarpışmalarında,
nükleer madde çok yüksek enerjilerde incelenerek kuarkların hapisten kurtuluşu,
kuark-gluon plazmasının özellikleri araştırılacaktır. Ayrıca CASTOR kozmik ışın
çarpışmalarına benzeyen ilginç olayları ve düşük - x fiziği olaylarını da araştırmayı
planlamaktadır.
Çekirdek-çekirdek çarpışmalarında, çok ileri faz uzayında, son derece yüksek
baryokimyasal bir ortamda bir takım fiziksel olaylar oluşur. BHÇ deneylerinde de
gözlenecek olan bu olaylar SPS deki baryon yoğunluğundan çok daha yoğun olan bir
ortamda oluşacaktır. Ağır iyon çalışmaları nötron yıldızlarının özünde var olduğu
düşünülen,
düşük sıcaklıkta hapis olamayan kuark madde (DQM) durumunun
anlaşılmasını sağlayacaktır. Diğer taraftan kozmik ışın deneylerinde doğası henüz
anlaşılmayan sayısız olağanüstü olaylar gözlenmektedir. Bu olaylar BHÇ’deki
hızlandırıcı deneyleri ile laboratuar ortamında tekrar oluşturulacaktır. Böylece ilk kez
yüksek enerjili ağır iyon olaylarının laboratuar ölçümleri ve analizleri yapılarak
özellikleri araştırılacaktır (Aris, 1997). Bu ölçümlerde hemen hemen hiç
elektromanyetik bileşeni olmayan ve küçük parçacık sayısıyla karakterize edilen
olaylar (Centauro olayları) ve acayip kuark içeren acayip hadronlarca zengin olaylar
da araştırılacak fizik programının konularındandır.
2.3.6.1 CASTOR’da Araştırılacak Fizik Konuları
CASTOR bir etkileşmenin hadronik ve fotonik bileşenlerini (foton ve yüklü
parçacık çokluları, elektromanyetik ve hadronik enerjileri) ölçmek ve çok ileri faz
15
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
uzayındaki nesneleri tanımlamak üzere tasarlanmıştır. PbPb çarpışmalarında
araştırılacak olan bazı fizik konuları aşağıda verilmiştir (Aris, 1997);
· Normal hadronik etkileşmelerle düşük enerjili yüklü parçacık çoklularını
karşılaştırmak,
· Olayların enerji ve parçacık çokluluğu cinsinden fotonik ve hadronik
bileşenleri arasındaki dengesizliğini saptamak,
· Detektörde çok büyük miktarda bırakılan enerjideki düzensizliğe bakmak,
· Normal hadronların etkileşme menzilinin çok daha ötesinde yüksek giriciliği
olan nesneleri araştırmak.
Ayrıca, difraktif ve düşük-x QCD ile kozmik ışınlara bağlı konuların
araştırılması da planlanmaktadır. CMS kayıp dik enerji bakımından zengin
olacağından hermitik bir yapıya sahiptir ve kayıp dik enerjinin % 6’sının
CASTOR’da kalacağı beklenmektedir. Bu enerjinin doğru tahmin edilmesi kayıp dik
momentumun da doğru anlaşılmasını sağlar. Bu nedenle CASTOR kayıp dik enerji
ölçümlerinde önemli bir rol oynayacaktır.
2.3.6.2 CASTOR’un Mekanik Tasarımı
CASTOR Elektromanyetik (EM) ve Hadronik (HAD) kısımdan oluşan ve
Çerenkov ışınımı esasına göre çalışan bir Tungsten (W)- Kuvartz (Q) örnekleme
kalorimetresidir. CMS' de HF ve TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering
and Diffraction Dissociation at the LHC) ’den sonra yerleştirilecek olan kalorimetre,
CMS’nin etkileşme noktasından 14,38 m uzaklıktadır. Şekil 2.8’de CASTOR’ un
CMS’deki yeri gösterilmektedir. CASTOR, CMS detektörünün ileri bölgesinde
5,15 < h < 6,5 lık pseudorapidite aralığını (0,50 ile 0,090 aralığındaki açı bölgesini)
kapsayacaktır (CMS TDR-I, 2006).
16
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Şekil 2.8. CASTOR detektörünün konumu (2008 JINST 3 S08004).
CASTOR hüzme borusunu saran iki yarım silindirden oluşacaktır.
Kalorimetrede kullanılan W plakalar soğurucu (Şekil 2.9), Q plakalar (Şekil 2.10)
aktif ortam özelliğindedir. W tabakaların yoğunluğu 18,5 g/cm3’tür. EM kısımda
kullanılan W plakaların kalınlığı 5 mm, Q plakalarının kalınlığı 2 mm olacaktır.
HAD kısımdaki W ve Q plakalarının kalınlığı sırasıyla 10 mm ve 4 mm’dir.
CASTOR tamamlandığında iç yarıçapı 3,7 cm, dış yarıçapı 14 cm, genişliği 10,5 λ ve
toplam uzunluğu 1,5 m olacaktır, burada λ toplam radyasyon uzunluğudur (2008
JINST 3 S08004).
17
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Şekil 2.9. CASTOR kalorimetresinde kullanılan W plaka.
Şekil 2.10. Q plakalar.
18
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Kalorimetre 8 oktanttan (dairenin 1 / 8 ’i) oluşacaktır. Her oktant iki yarımoktanttan oluşmaktadır. Bir oktantta 28 kanal (Okuma Birimi-OB) bulunacaktır. Bu
kanallardan 4 tanesi EM, 24 tanesi de HAD kanallardan gelen sinyalleri okuyacaktır.
CASTOR’da 32 tanesi EM ve 192 tanesi HAD kanal’a ait olmak üzere toplam 224
kanal bulunacaktır.
Bu okuma kanalları “Çerenkov Işınımı”'na dayalı sinyalleri
algılar. Rölativistik yüklü parçacıklar kuvartz plakalardan geçerken Çerenkov ışınımı
oluşturur. Oluşan bu ışık iç yansımalarla ışık kılavuzlarına iletilir. Çerenkov ışığını
iyi yakalayabilmek için W ve Q plakalar 45 0 ' lik açı ile eğdirilmiştir. Bir W ve bir Q
plaka olmak üzere oluşturulan beşli gruplar (veya beşli örnekleme birim-ÖB) hava
özlü ışık toplayıcılar aracılığı ile foto çoğaltıcı tüpler (FÇT)’e bağlanacaktır. Böylece
Q plakalarında oluşan Çerenkov ışınımı FÇT’ler de elektronik sinyallere
dönüştürülerek okunacak ve parçacıklar hakkında bilgi verecektir. Üretilen sinyal
toplanan ışık miktarı ile orantılı olacaktır (CMS TDR-I-2006). CASTOR’un 1 / 8 ’i
yani bir oktantı Şekil 2.11’de gösterilmektedir.
Şekil 2.11. CASTOR’un bir oktantı.
19
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Her OB beş tane ÖB’ye bağlanır. Bir ÖB, 1W plaka + 1Q plaka’dan oluşur
CASTOR’un EM ve HAD kalorimetrelerinin bazı özellikleri aşağıda verilmektedir
(2008 JINST 3 S08004).
EM kısım
· Soğurucu ortam: W plakalar
Kalınlık: 5,0 mm, @ 45 0 = 7,07 mm = 1,988 X 0
· Aktif ortam: Erimiş (fused) silika katkılı Q plakalar
Kalınlık: 2,0 mm, @ 45 0 = 2,83 mm = 2,4. 10 -2 X 0
ÖB = 9,9 mm = 2,012 X 0 ve OB = 10,06 X 0
HAD kısım
· Soğurucu ortam: W plakalar
Kalınlık: 10,0 mm, @ 45 0 = 14,14 mm = 0,1452 l
Aktif ortam: Erimiş silika katkılı Q plakalar
Kalınlık: 4,0 mm, @ 45 0 = 5,66 mm = 1,32 10 -2 l
ÖB = 19,8 mm = 0,1584 l ve OB = 0,792 l
Kalorimetrenin mekanik tasarımı Şekil 2.12’de gösterilmiştir.
20
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Şekil 2.12. CASTOR’un mekanik tasarımı (2008 JINST 3 S08004).
2.3.6.3 Çerenkov Işınımı
Rus fizikçi Pavel Alekseyevich Čerenkov parçacıkların boşluk hariç herhangi
bir ortamda ışık hızından daha hızlı gitmelerinin mümkün olduğunu ve arkalarında
mavi bir ışık bıraktığını söylemiştir. Bu mavi ışık ilk kez Çerenkov tarafından
gözlendiğinden “Çerenkov Işınımı” olarak bilinir. Çerenkov ışınımı parçacıklar ışık
hızından daha hızlı hareket ettiğinde oluşan bir ışınım türüdür. Oluşan ışınım
FÇT’ler kullanılarak tespit edilir.
1937 yılında İlya M. Frank ve İgor Y. Tamm bu ışınımın varlığını ışıkla
parçacığın o ortamdaki bağıl hızlarıyla bağıntı kurarak açıkladılar ve bu üç fizikçi
21
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
1958 yılında Nobel Fizik Ödülü aldılar. Rölativistik hareket eden bir parçacık, hızı
v > c / n olan bir ortamda ilerleyebilir. Kırılma indisi n olan bir ortamda b = v/c hızı
ile hareket eden parçacık klasik teoriye göre konik bir dalga cephesi boyunca
yaklaşık olarak 410 ile 450 nm dalga boyu aralığında mavi bir ışık yayar. Bu ışık
Çerenkov açısı (q c = arccos(1/nb )) ile yayılır (Wigmans, 2000). Işık konisi tıpkı
suda hızla giden bir geminin arkasında bıraktığı yay şeklindeki şok dalgalarına
benzer. Jetler de ses hızını geçince bir ses patlaması yaparlar ve arkalarında koniye
benzer görüntü bırakırlar (Şekil 2.13).
Şekil 2.13. Jetler arkalarında iz bırakır.
Oluşan
ışık,
elektrik
sinyaline
dönüştürülerek
parçacığın
enerjisi
hesaplanabilir. Çerenkov konisinin yayılma açısı q c’nin, parçacığın b hızı ve
kırılma indisi ile olan ilişkisi
cos q c = 1 / nb
(2.1)
ile verilir. b min=1/n bir eşik değeridir ve bunun altında Çerenkov ışınımı yoktur.
(http://www.onpedia.com/encyclopedia/cherenkov-effect)
22
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Aydın AYHAN
Şekil 2.14. Çerenkov konisi (http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Cherenkov.svg#file)
23
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
3. MATERYAL VE METOD
.
3.1. Aktif madde olarak kuvartzlar
Parçacık sinyallerini varlamak ve parçacık kimliklerini hassas biçimde
belirleyebilmek için detektörlerde kullanılacak malzemelerin çok iyi seçilmesi
gerekir. CASTOR kalorimetresinde soğurucu olarak tungsten ve aktif ortam olarak
kuvartz plakalar kullanıldı. BHÇ’de her 25 ns’de bir çarpışma olacağı için detektör
çok büyük radyasyona maruz kalacaktır. Kuvartz’lar yüksek radyasyon dayanıklılığı
gösteren ve hızlı yanıt veren malzemelerdir. 100 MRad’a kadar radyasyon
dayanıklılığı göstermekte olup 10 ns’nin altında yanıt (tepki) verebilirler. Ayrıca
kullanılan kuvartz’ların yüksek sıcaklık değerlerine karşı da dayanıklı olması kuvartz
seçiminde aranan önemli bir özelliktir.
3.1.1 Erimiş Silika (Fused Silika) Kuvartz
CASTOR’da erimiş silika adı verilen silisyum dioksit (SiO2) kuvartzlar
kullanıldı. Bunlar SiO2’in kristal yapıya sahip olmayan formudur. Yüksek saflık
oranına sahip bir sentetik amorf silikon dioksit bileşendir. Tipik olarak cam benzeri
yapı gösterir. Yoğunluğu saflık derecesine göre değişmekte olup 2,2 ile 2,6 gr/cm3
arasındadır. Erime sıcaklığı kuvartz’ın içerdiği kimyasal bileşiklere bağlı olup 1100
ile 2000 ˚C arasındadır. Farklı yapıya sahip birkaç SiO2 kuvartz nümune Şekil 3.1’de
verildi. %99,9 saf SiO2 kuvartz;
·
sıfıra yakın termal genleşmeye sahip olmalı,
·
yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklı olmalı,
·
yüksek kimyasal saflığa sahip olmalı,
·
aşınmaya karşı direnmeli,
·
ultraviyole ışıktan kızıl-ötesi ışığa kadar geniş bir optik geçirgenlik
özelliği olmalı,
24
3. MATERYAL VE METOD
·
mükemmel
bir
Aydın AYHAN
elektriksel
izolasyon kalitesine
sahip
olmalıdır.
(http://accuratus.com/fused.html).
Şekil 3.1. Farklı yapılı kuvartzlar (http://en.wikipedia.org/wiki/Quartz)
Kuvartzlar sadece parçacık fiziği detektörlerinde değil teknolojinin birçok
alanında kullanılır. Yüksek sıcaklıkta çalışan lambalar ve yüksek sıcaklıktan
etkilenmeyen optik bileşenler bunlardan birkaçıdır. Ayrıca ani sıcaklık değişimi
gösteren sistemlerde ayna ve lens olarak, osilatörlerde, saat sanayisinde, hava kontrol
sistemlerinde de kuvartzlardan faydalanılır (http://accuratus.com/fused.html).
25
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
3.1.2 CASTOR’un Hadronik Kısmında Kullanılan Kuvartzların Üretimi
Gelen yüksek enerjili e + ve e - ‘ların başlattığı duş içindeki yüklü parçacıklar
kuvartz plakalardan geçerken ışık oluşturur. Bu ışık iç yansımalarla kuvartz
plakaların ucuna ulaşıp kalorimetrenin derinlikleri boyunca yayılır ve hava özlü ışık
kılavuzları aracılığı ile FÇT’lere ulaşır. Çerenkov ışınımını artırmak için
CASTOR’da kullanılan kuvartz plakalar hüzme eksenine göre 450’lik açı yapacak
şekilde yerleştirilmiştir (CMS TDR-I,2006).
CASTOR kalorimetresinin dördüncü prototipinin hadronik kısmı 2008
yılında yapılan hüzme testleri için ve gerçek CASTOR’un (1/8) bir oktantlık
hadronik kısmı ise CMS detektöründeki yerine yerleştirilmek üzere hazırlandı. Her
iki hadronik kısımda kullanılan kuvartz plakalar CERN’de üretildi. Üretilen
kuvartzlar CERN’ deki LEP deneylerinden biri olan DELPHI detektöründen alındı.
DELPHI detektöründen boyutları 345x375 mm2 olan toplam 160 adet kuvartz tabaka
söküldü ve 102 tanesi üretim için kullanıldı. Bunların bir kısmı DELPHI
detektöründe LEP veri alımı esnasında kullanılan, bir kısmı ise hiç kullanılmamış
olan tabakalardı. 2008 yılında yapılan hüzme testlerinde bu kuvartzların
kullanılmasının
nedeni
veri
okuma
elektroniğinin
ve
detektörün
genel
performansının hızlıca anlaşılmasını sağlamaktır. Ayrıca bu biçimde CASTOR
projesine fazladan maliyetin olması da engellenmiştir.
İlk aşamada, orijinal DELPHI kuvartz tabakalarının üzerinde bulunan bakırkrom (Cu - Cr) şeritler temizlendi. Temizleme işlemi için iki ayrı yol izlendi. Bu
şeritler normal çözücü maddeler (alkol v.s) kullanılarak çözülemediği için çözücü
olarak Sülfirik Asit (H2SO4) ve Sodyum Permanganat (KMnO) kullanıldı.
Temizlenen kuvartzların üzerinde yer alabilecek çok küçük toz zerreciklerinin de
ortadan kaldırılması için kuvartzlar 1100 0C’ye kadar ısıtıldı. Bu işlemlerden sonra,
kuvartzların ışık geçirgenlik değerlerine bakılarak bu değerler orijinal hallerde alınan
ölçümlerle karşılaştırıldı ve temizleme süreci için yapılan uygulamaların kuvartzın
yapısında herhangi bir olumsuz sonuca neden olup olmadığı araştırıldı. Bazı kuvartz
nümuneler, İsviçre’nin Zürih kentinde bulunan PSI (Paul Scherrer Institute)’e
gönderildi ve
60
Co kaynağı kullanılarak 1,5 MRad , 17 MRad ve 50 MRad
26
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
dozlarındaki radyasyona maruz bırakıldı. Tüm kuvartzların ışık geçirgenlikleri
Spektro-Fotometre (SF) olarak adlandırılan bir düzenek kullanılarak ölçüldü. Ölçme
işlemi her aşama için ayrı ayrı yapıldı. Başlangıçta ölçümler ışığın dalga boyu 250
nm’den başlayarak 5 nm artırmak sureti ile 700 nm’ye kadar yapıldı. Ancak zaman
açısından kazanç sağlamak için dalga boyunun alt sınırı 350 nm’ye çıkarıldı ve
kuvartzların çoğu 5 nm’lik artışlar ile 350-550 nm dalga boyu aralığında ışık
geçirgenlikleri için ölçüldü. Bu aşamaların ayrıntılarına bakmadan önce ölçümler
için kullandığımız Spektro-Fotometre düzeneğini tanıyalım.
3.2 Spektro-Fotometre (SF)
Spektro-Fotometre (SF) renklere bağlı olarak ışığın şiddeti veya dalga boyu
hakkında bilgi verir. SF’ler görünür (380–760 nm), ultraviyole (190–1100 nm) ve
kızıl ötesi dalga boylarında doğrudan veya başka bir madde ile tepkimeye girdikten
sonra ışığı soğurabilen her türlü maddenin ölçülmesini sağlarlar. Günümüzde
kullanılan çok farklı çeşitte SF vardır. Bunlar dalga boyu aralığına, ışık şiddetine
veya dalga boyunu farklı şekillerde ölçme tekniklerine göre değişir. Bu düzenekle
yapılan önemli bir inceleme herhangi bir maddeden geçen ışığın maddeyi terk
ettikten sonra ne kadarının madde tarafından soğurulduğunun belirlenmesidir.
3.2.1. SF Dizaynı
Günümüzde kullanılan SF’ler çalışma prensibine göre tek ve çift hüzmeli
olmak üzere iki şekilde tasarlanmaktadır. Çift hüzmeli olanlar farklı ışık hüzmesi
boyunca ışık şiddetinin oranını ölçer. Tek hüzmeli bir SF ise, daha çok mutlak ışık
şiddetini ölçer. Oran ölçümleri kolay olmasına ragmen, tek hüzmeli SF kullanım
açısından daha avantajlıdır (http://en.wikipedia.org/wiki/Spectrophotometry).
SF’lerde spektrum analizi için genellikle bir monokromatör (renk seçici)
kullanılır. Monokromatörler sürekli spektruma sahip ışığı farklı renklere ayırıp belli
bir noktaya odaklar. SF’de ayrıca gelen ışığı toplaması için FÇT’ler veya foto
27
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
sensörler kullanılır. SF’de bir ölçüm yaparken cihaz içerisinde sırasıyla şu aşamalar
gerçekleşir:
·
ışık kaynağı nümuneye doğru ışık yayar,
·
nümune ışığı soğurur,
·
nümuneyi geçebilen ışık FÇT veya foto sensörlerde toplanır,
·
FÇT veya foto sensörler nümunenin ne kadar ışık soğurduğunu ölçer.
3.2.2. Kuvartz Ölçümlerinde Kullanılan SF Düzeneği
EKAL’de kullanılan PbWO4 (kurşun-tungstat) kristallerinin ışık geçirgenlik
performanslarını ölçmek için CERN’de CMS-EKAL Kristal Laboratuar’ında bir
Spektro-Fotometre sistemi kurulmuştur. CASTOR’un kuvartz plakalarının ışık
geçirgenlik değerlerini ölçmek için biz de aynı sistemden yararlandık. Bu
ölçümlerden elde edilen sonuçlara bağlı kalarak hüzme testlerinde ve CASTOR’un
bir oktantında kullanılacak kuvartz plakalar seçilmiştir. Bu çalışma 2008 yılının
Şubat-Mayıs döneminde tamamlanmıştır. Testler için kullanılan SF düzeneği Şekil
3.2’ de verilmiştir (Adıgüzel. A, 2008).
Düzenek genel olarak karanlık bir kutu, bir yüksek voltaj ünitesi, bir
spektrometre, çeşitli yoğunluklarda filtrelerin olduğu bir motor ve verilerin
okunmasını sağlayan ve okunan verileri depolayan LabView programının
kullanıldığı bir bilgisayardan oluşur. Işık kaynağı olarak Xe (Zenon) lambası
kullanıldı. Düzenek kısaca şu biçimde çalışır; Xe lambasından yayılan ışık, bir
monokromatör (prizma) aracılığıyla farklı dalga boylarına (renklere) ayrılır. İstenilen
dalga boyundaki ışık bir akım kesici filtre aracılığıyla belli bir noktaya odaklanır. Bu
filtreden geçen ve kuvartz üzerinde bir noktaya odaklanan ışık, kuvartzın bir
yüzeyinden girip diğer yüzeyinden çıkar ve sinyal bir FÇT yardımıyla okunur.
Düzenekteki FÇT amaca uygun olarak yaklaşık 3000 Volt’a kadar beslenebilir ancak
ölçümlerde 1000 V ile beslendi. Kuvartza gelen ışığın dalga boyu 250 nm’den
başlayarak 5 nm’lik artışlarla 700 nm’ye kadar çıkarıldı. Kuvartzdan geçtikten sonra
ışık şiddetinin ne kadar değiştiği FÇT yardımı ile okundu. Bunun için önce bir
28
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
referans ölçüm yapıldı. Referans ölçüm yapılırken düzenekten kuvartz çıkarıldı ve
yalnızca kaynaktan gelen ışık şiddeti kaydedildi. Ardından kuvartz düzeneğe
konularak çeşitli dalga boylarında kuvartzdan geçen ışık şiddeti kaydedildi.
CASTOR’da dalga boyu aralığı 410 ile 450 nm olan tipik Çerenkov ışığı ile
ilgilenilecektir. Bu spektrumda mavi ışığa karşılık gelmektedir. Bu nedenle zaman
kaybını önlemek amacıyla bazı kuvartzlar için ışık geçirgenlik ölçümleri sadece 350
nm ile 550 nm aralığında yapıldı (Adıgüzel. A, 2008).
Şekil 3.2 SF test düzeneği.
Ölçümleri yaparken kullanılan LabView tabanlı yazılımda dikkat edilmesi
gereken nokta başlangıç olarak seçilen dalga boyunun referans olarak seçilen dalga
boyundan daha büyük olmasıdır. Karanlık kutuda kuvartzların yerleştirildiği
hareketli platform, ölçüm yaparken sistemi hiç durdurmadan kuvartz üzerindeki
farklı noktaların ölçülmesini sağlar. LabView bilgisayar programı yardımıyla
29
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
hareketli platformun koordinatları ayarlanarak ışık hüzmesinin kuvartz üzerinde
hangi noktaya çarptırılacağı belirlenebilir.
Şekil 3.3’de kullanılan bilgisayar
yazılımının ekranı gösterilmiştir (Courtesy of CMA Group at CERN).
Şekil 3.3 Işık geçirgenlik ölçümünde kullanılan program (Courtesy of CMA Group at
CERN).
Ölçümlerde bir test süresince karanlık kutu içindeki platforma aynı anda 3
kuvartz yerleştirildi. Yapılacak ölçüme bağlı olarak yaklaşık 6 cm uzunluğundaki her
kuvartz örneği üzerinde 3 veya 5 nokta seçildi. Her nokta, seçilen bir başlangıç dalga
boyu (250 nm veya 350 nm) ve buna eklenen 5 nm’lik artışlar dikkate alınarak
ölçüldü. Seçilen noktalar arasındaki uzaklığın uzun veya kısa seçilmesi ölçüm
yapılan yüzeyin boyutlarına bağlıdır. Ölçümlerimiz için kullandığımız kuvartz
30
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
nümuneler üzerindeki iki nokta arasındaki uzaklık 20 mm ve 50 mm arasında
değişmektedir. Her orijinal nümune’nin ışık geçirgenlik ölçümleri, aynı ölçüm sırası
ile kimyasal temizleme sonrası, 1100 °C’de fırınlama ve çeşitli dozlarda uygulanan
radyasyon işlemlerinden sonra da yapıldı. SF’nin genel görünümü Şekil 3.4’de
verildi.
Şekil 3.4. SF’nin görünümü (Courtesy of CMA Group at CERN).
3.3 Kuvartz Plakaların Üretilme Aşamaları
102 tabakadan alınan nümunelerin ışık geçirgenlik testleri yapıldı. Her tabaka
0,4x10x15 cm boyutlarında küçük plakalar oluşturacak biçimde kesildi ve kuvartz
yüzeylerinin üstündeki olabilecek olası kir ve tozlanma metil alkol ile temizlendi.
31
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
Plakaların çapraz iki köşesinde yapıştırıcı (1745 seri numaralı ThreeBondCYANOACRYLATE) madde kullanılarak tüm kuvartzların geniş yüzeyleri üst üste
gelecek şekilde kırılmaya karşı direnç gösterebilmeleri için dörtlü gruplar halinde
yapıştırıldı. Şekil 3.5’te düzgün şekilde yapıştırılan dörtlü kuvartz nümune
görülmektedir. 4’lü gruplar daha sonra Şekil 3.6’da gösterilen parlatma ve cilalama
aletinin içine yerleştirildi ve sabitlendi. Parlatma ve cilalama aleti de daha sonra
bahsedeceğimiz parlatma ve cilalama makinesinin içindeki platforma yerleştirildi.
4’lü kuvartz gruplarının optik yüzeyleri burada parlatıldı ve cilalandı.
Şekil 3.5. Dörtlü grup halinde yapıştırılan kuvartzlar.
32
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
Şekil 3.6. Parlatma ve Cilalama aleti
3.3.1 Kesme, Parlatma ve Cilalama Makineleri ve Bunlar ile Yapılan İşlemler
CASTOR kalorimetresinin 2008 hüzme testleri için kullanılan dördüncü
prototipi ve CASTOR kalorimetresinin 2008’de çalışması planlanan bir oktantında
kullanılan tüm hadronik kısım kuvartzları, CERN Kristal Grubu Laboratuarı’nda
bulunan kesme, parlatma ve cilalama makineleri kullanılarak hazırlandı. Her makine
de farklı boyutlarda mikron mertebesinde elmas parçacıkları bulunmaktadır.
Makineler çok hassas kesme, parlatma ve cilalama işlemlerini yapabilecek şekilde
tasarlanmıştır.
Şekil 3.7’de gösterilen kesme makinesinde bulunan hareketli platform xdoğrultusunda, platformun üstüne sabitlemiş olan disk ise y-z doğrultuları boyunca
hareket etmektedir. Kuvartzlar disk üzerindeki küçük elmas parçaları ile kesildi. Üç
boyutlu hareket hem otomatik olarak hem de elle ayarlanabilir. Diskin dönüş hızı
dakikada 20 bin devirdir. Kuvartzların kesim işlemi esnasında zarar görmemesi için,
33
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
Şekil 3.8’de görülen aletler kullanılarak hem kuvartz plakaların sıkıştırması hem de
aletin üstündeki vida yuvası aracılığı ile platforma sabitlenmesi sağlandı.
Şekil 3.7. Kesme makinesi.
Şekil 3.8. Kesme işlemi için kullanılan yardımcı aletler.
34
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
Şekil 3.9. Parlatma makinesi
Kuvartz yüzeyleri kesim işleminden önce ve sonra parlatıldı. Parlatma işlemi,
Şekil 3.9’da görülen kırmızı yüzey üzerinde bulunan mikron mertebesindeki elmas
parçaları ile yapıldı. Silindir içinde bulunan kırmızı yüzey dakikada yaklaşık olarak
55 - 60 devir yapmaktadır. Ayrıca kuvartz ve yüzey arasında meydana gelebilecek
sürtünme etkisini azaltabilmek için 30 s aralıklar ile su ve seyreltilmiş gliserin 5 s
boyunca yüzeye püskürtüldü. Püskürtme işlemi makineye monte edilen bir pompa ile
yapıldı. Bu işlem kuvartzların yüzeyi pürüzsüz ve düzgün olana kadar devam etti.
Genellikle her kuvartz için makine 10 ile 15 dakika arasında çalıştırıldı. Kuvartz
yüzeyinin iyi parlatılması ve halkanın dönme hızını yavaşlatmak için Şekil 3.9’daki
makinenin üzerine ağırlık konuldu. İstenilen yüzeye ve parlaklılığa sahip olmayan
kuvartzlar tekrar yerlerine yerleştirildi ve aynı işlem 15 dakika boyunca uygulandı.
Makinenin kuvartz yüzeylerine zarar vermemesi için 2 gün süre ile yüzey eğimine
bakıldı. İşlemler en düz yüzey elde edinceye kadar tekrarlandı.
Kuvartz yüzeyler parlatma işleminden sonra cilalandı. Parlatma işleminde
kullanılan elmas parçacıkları diğer iki makinede kullanılandan daha küçük
boyutludur. Cilalama makinesi de parlatma makinesinde olduğu gibi sürtünme
35
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
esasına göre çalışmaktadır. Kuvartzlar Şekil 3.10’da görülen yüzey üzerine
yerleştirildi ve platform 15 dakika döndürüldü. Kuvartz yüzeyinin zarar görmemesi
için 30 s aralıklarla yüzeye silika sıkıldı. Bu işlemden sonra silikayı temizlemek için
yüzeylere 3 dakika boyunca su uygulandı.
Şekil 3.10. Cilalama makinesi.
4’lü gruplar halinde parlatılan, cilalanan ve kesilen kuvartz plakalar, hem
CASTOR kalorimetresinin dördüncü prototipinin hadronik kısmını hem de gerçek
CASTOR’un bir oktantlık hadronik kısmındaki geometriye uyum sağlamak için
Şekil 3.11’e göre kesildi.
36
3. MATERYAL VE METOD
C
Aydın AYHAN
B C
B
D
D
R
L
E
A
A
E
Şekil 3.11. Kuvartz geometrisi.
Bu işleme başlamadan önce kesilecek her kenar için kesim makinesinin
elektronik kısmında y ve z koordinatları ayarlandı. Koordinatlar Çizelge 3.1’ de
verilmiştir.
Kenar
DY koordinatı(cm.)
DZ koordinatı(cm.)
Kuvartzın
açısı
BC
CD
E
A
0
0
1,56
3,75
5
6
42
42
45°
33,75°
60°
60°
kenar
Çizelge 3.1. Kesim Koordinatları.
Geometriye uygun olarak yapıştırılan, kesilen ve parlatılan dörtlü Q plaka
grubu Şekil 3.12’de verilmiştir.
37
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
Şekil 3.12. Dörtlü Q grubu.
3.3.2 Fırınlama ve Asetonda Bekletme
Dörtlü gruplar önce 190˚C’ye kadar ısıtılan fırında bir saat bekletildi. Isıtılan
kuvartzların üzerindeki maddeyi çıkartmak için kuvartz plakalar aseton içinde 24
saat bekletildi. Daha sonra kuvartz yüzeyleri metil alkol ile temizlendi. Şekil 3.13’de
kesim ve fırınlanma işlemleri tamamlanan kuvartz plakalar gösterilmektedir.
Şekil 3.13. Fırınlamadan sonra kuvartzlar
38
3. MATERYAL VE METOD
Aydın AYHAN
Kuvartz plaka üretiminin son aşamasında plakaların kenarları ince şerit bakır folyo
ile kaplandı. Bunun nedeni Çerenkov ışınımının kuvartz kenarlarından kaçmasını
engellemektir. Şekil 3.14’de bütün aşamalardan başarı ile geçen ve kullanıma hazır
olan bir kuvartz görülmektedir.
Şekil 3.14. Tüm işlemlerden geçen bir kuvartz plaka.
39
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
3. Bölüm’de bahsedildiği gibi DELPHI deneyinden alınan kuvartz tabakalar,
CASTOR kalorimetresinin dördüncü prototipinde ve gerçek CASTOR’un hadronik
kısmının bir oktantında kullanılmak üzere testlerden geçirilerek CERN’de üretildi.
Kuvartz tabakalar önce ışık geçirgenlik testlerine tabi tutuldu. Testleri geçenler
kuvartz plaka üretimi için kullanıldı. Bu bölümde kuvartz plakaları seçmek için
yapılan ölçümlerin ayrıntılarını tartışacağız.
4.1. DELPHI Tabakalarının Kesilmesi
DELPHI’den alınan 102 adet büyük kuvartz tabaka üzerindeki şeritler ve
diğer yabancı maddeler H2SO4 kullanılarak temizlendi. Bu tabakalar water-jet (çok
basınçlı su) tekniği kullanılarak Şekil 4.1’deki gibi boyutları 0,4x10x15 cm3 olan
küçük plakalar biçiminde kesildi.
i.B
i.A
i.1 i.2 i.3 i.4
i .C
i.5
i .D
Şekil 4.1 Tabakaların küçük plakalara ayrılması için kullanılan kesim şeması.
40
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekilde görülen i.1, i.2, i.3, i.4, i.5 kısımları, hazırlanan prototip ve gerçek
CASTOR’ un hadronik kısmı için kullanıldı. i.A, i.B, i.C ve i.D parçalarından sadece
i.B’in ışık geçirgenlik testleri yapıldı. Her bir büyük DELPHI tabakasından hadronik
kısım için 5 adet kuvartz plaka çıkartıldı. Böylece toplam 102 büyük tabakadan 510
adet kuvartz plaka elde edilmiştir. Fakat bu 510 adet plakanın bir kısmı water-jet
işlemi sırasında zarar gördüğü için bunlar kullanılmamıştır.
4.2. Kuvartz Numunelerin Test Edilmesi
En iyi ışık geçirgenliğine sahip kuvartzları seçme işlemi üç aşamada yapıldı:
1-) Orijinal (O) kuvartzların ışık geçirgenliklerinin ölçülmesi,
2-) Orijinal kuvartzların üzerindeki yabancı maddelerin kimyasal temizliği
(KT) yapıldıktan sonra (O+KT) ışık geçirgenliklerinin ölçülmesi,
3-) Temizlenen kuvartzların yüksek sıcaklık (YS) dayanıklılığı test edildikten
(O+KT+YS) sonra ışık geçirgenliklerinin ölçülmesi.
Bu işlemlerden sonra nümunelerin tamamı farklı dozlarda radyasyona
tutuldu.
Kuvartz nümunelerinden 17 tanesi hiç kullanılmadı. 52 tanesinin ışık
geçirgenliği O olarak, 22 tanesinin O+KT ve 6 tanesinin O+KT +YS işlemlerinden
sonra ölçüldü. Kullanılan kuvartz tabakaların yarısı 5 MRad’lık diğer yarısı ise 17
MRad’lık radyasyondan sonra seçildi. Fakat kuvartz nümunelerle çalışılırken 1 ve
1.4 MRad gibi düşük radyasyon dozları da kullanıldı. Çizelge 4.1’de bir grup kuvartz
için yapılan işlemler gösterilmiştir.
41
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
5 MRad
O
O+KT
17 MRad
O+KT+YS O
O+KT
O+KT+YS
1213 1121
1141
1211
1112
1134
1224 1123
1143
1212
1113
1142
1231 1132
1222
1214
1114
1223
Çizelge 4.1. Farklı işlemlerden geçen kuvartz numuneler.
Kuvartzların ışık geçirgenliği Fresnel kırınım yasası ile açıklanabilir. Küçük
bir ışık kaynağı bir engel ile karşılaştığında herhangi bir ekran üzerinde oluşturduğu
gölgenin sınırları çok belirgin değildir. Işığın bu dalga hareketine “kırınım” denir.
Gölgenin kenarlarında “kırınım saçakları” denilen saçaklar veya halkalar oluşur. Bir
engel yerine küçük bir delikten geçen ışık da aynı davranışı gösterir. Noktasal bir ışık
kaynağına bağlı olarak eğrisel dalga yüzeyleri oluşturan olay “Frensel Kırınımı”
olarak bilinir. Frensel kırınımında dairesel bir deliğe veya eş merkezli saydam veya
saydam olmayan halkalardan oluşan kırınım biçimleri aydınlık veya karanlık
görüntüler verir. Kırınım saçaklarının biçimi, konumu, aydınlık veya karanlık olması
ışığın dalga boyuna, engelin cinsine ve boyutlarına ve ekranın uzaklığına bağlıdır
(http://www.boyutpedia.com). Bir saydam malzemenin içinden geçen ve bu
maddeden yansıyan ışık miktarı aşağıdaki denklemler ile verilir.
æ n - n1 ö
I
÷÷
T = 2 , R = çç 2
I1
è n2 + n1 ø
2
ve
(4.1)
I 2 = I 1 ´ (1 - R) .
Burada n1 havanın, n2 kuvartz’ın geçirgenlik (kırınım) indeksleri olup
değerleri sırasıyla 1 ve 1,4’ tür. T geçirgenlik (veya geçiş) ve R yansıma katsayısıdır.
42
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
(http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_equations). Kenarları çok düzgün kesilen, iyi
parlatılan ve cilalanan bir kuvartz için en iyi ışık geçirgenlik değeri yaklaşık olarak
T = 0.945 ’dir.
17 tane O kuvartz plakanın ışık geçirgenliği plakalara hiçbir işlem yapmadan
ölçüldü. Işık geçirgenlik ölçümleri ekler kısmında verilen kod kullanılarak elde
edilmiştir. Birkaç nümune için alınan ölçümler Şekil 4.2’de gösterildiği gibidir.
Ölçülen kuvartz nümuneler küçük dalga boyu dışında diğer dalga boylarında
yaklaşık olarak sabit olup ışık geçirgenlikleri %90 - %92 arasındadır.
Şekil 4.2. 2211, 2212 ve 2213 numaralı O kuvartz’ların ışık geçirgenliği.
Daha sonra kuvartzlara kimyasal temizleme işlemi uygulandı. Kuvartzların
üzerinde bulunan Cu - Cr şeritler ve şeritlerin yüzeye yapıştırılması esnasında
kullanılan yapıştırıcı madde (epoxy) CERN’deki B102 laboratuarında temizlendi.
Kuvartzların yüzeyindeki şeritleri sökmek için Potasyum Permanganat (KMnO) ve
yapıştırıcı maddeyi temizlemek için Sülfürik Asit (H2SO4) kullanıldı. Bu işlemlerden
sonra, rastgele bir kaç kuvartz seçildi ve bunların ışık geçirgenlik değerlerine bakıldı.
Şekil 4.3’de O+KT yapılan kuvartz’ların ışık geçirgenliğinin yaklaşık %80 olduğu
(Çerenkov ışığının dalga boyu 410 ile 450 nm arasındadır) görülmektedir. O+KT
43
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
sonunda tüm kuvartz’ların ışık geçirgenliklerinde yaklaşık olarak %10 ile %30
oranında bir düşüş görüldü. KMnO ile yapılan temizleme işlemi H2SO4 ile yapılan
temizleme işlemine göre %20 oranında daha fazla düşüşe neden olduğundan KMnO
ile temizlemekten vazgeçildi. 1.4 MRad’lık radyasyona tutulan ve kimyasal temizliği
yapılan 1244 numaralı kuvartzın ışık geçirgenliği Şekil 4.4’de verildi. Bu kuvartzın
KT’den sonra ışık geçirgenliği %65 - %75 arasındadır. Buna 1.4 MRad’lık
radyasyon dozu da eklenince 250 nm ile 350 nm arasındaki ışık geçirgenliği
azalmaktadır, fakat 350 nm ile 450 nm arasında artmaya başlar. 450 ile 700 nm
arasında ise %60 ile %70 arasındadır. İlgilendiğimiz bölgede ise %50’nin üstündedir
Şekil 4.3. 2111, 2112 ve 2113 numaralı O+KT yapılan kuvartzların ışık geçirgenlik
değerleri.
O+KT’den sonra radyasyona tutulan kuvartz’ların yüksek sıcaklık (1100˚C)
altındaki davranışına bakıldı. Sıcaklığa dayanıklılık testleri sonunda (O+KT+YS)
kuvartzların ışık geçirgenliğinin %10 ile %40 oranı arasında değişen bir düşüş
gösterdiği gözlendi. Sonuçlar, Şekil 4.5’te gösterilmiştir.
44
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.4. 1244 numaralı kuvartzın ışık geçirgenlik değerleri.
Şekil 4.5. O+KT+YS işlemleri yapılan 1143 numaralı kuvartzın 1100˚C ısıtıldıktan
sonraki ışık geçirgenliği.
45
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Uygulanan O+KT+YS aşamalarından sonra nümuneler bir
60
Co kaynağı
kullanılarak 5 MRad ve 17 MRad’lık radyasyona tutuldu. 5 MRad’dan sonra bazı
nümunelerin radyasyondan çok etkilendiği ve doğal renklerini kaybedip mor renke
dönüştüğü gözlendi. Renk değiştiren birkaç kuvartz Şekil 4.6’da görülmektedir.
Radyasyon dayanıklılığı göstermeyen nümuneler kullanılmadı.
Şekil 4.6. Radyasyon dayanıklılığı gösteremeyen bazı kuvartz numuneler.
Şekil 4.7‘de O+KT+YS işlemleri ve 5 MRad uygulandıktan sonra kuvartzın
ışık geçirgenlik değerleri görülmektedir. Sarı ve yeşil noktalarla gösterildiği gibi bu
doz kuvartz’ın ışık geçirgenlik değerini 250 ile 350 nm’de sıfıra yakındır. 350
nm’den sonra artmaya başlamıştır. Bu doz değeri O durumu ile karşılaştırıldığında
ışık geçirgenliğinin çok düştüğü görülmüştür.
46
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.7. 1224 numaralı kuvartzın ışık geçirgenlik değerleri.
5 MRad’lık başlangıç doz değerinin kuvartzlar için fazla olduğuna karar
verildi ve ölçüm daha düşük dozlar için tekrarlandı. 1.4 MRad’lık dozun kuvartzlara
zarar vermediği görüldü. Bu doz uyguladıktan sonra ölçülen ışık geçirgenlik değeri
tek bir nümune için Şekil 4.8’de görülmektedir. İgilendiğimiz Çerenkov dalga
boyuna karşılık gelen bölge için ışık geçirgenlik değerinin %50’nin üzerinde olduğu
görüldü. Hadronik kısım için kullanılan bazı kuvartzların 1 MRad’lık dozdan sonra
350 nm ile 550 nm arasındaki ışık geçirgenlik değerleri Şekil 4.9a, Şekil 4.9b, Şekil
4.9c, Şekil 4.9d ve Şekil 4.9e’de gösterilmiştir.
47
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.8. 1.4MRad’ lık doz uygulandıktan sonra 324 numaralı kuvartzın ışık
geçirgenlik değerleri.
Şekil 4.9a. 21, 22, 23, 24, 25, 45, 46, 47 ve 48 numaralı kuvartzların radyasyondan
sonra ışık geçirgenlik değerleri.
48
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.9b. 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 ve 64 numaralı kuvartzların radyasyondan
sonra ışık geçirgenlik değerleri.
Şekil 4.9c. 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71 ve 72 numaralı kuvartzların radyasyondan sonra
ışık geçirgenlik değerleri.
49
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.9d. 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79 ve 80 numaralı kuvartzların radyasyondan sonra
ışık geçirgenlik değerleri.
Şekil 4.9e. 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87 ve 88 numaralı kuvartzların radyasyondan
sonra ışık geçirgenlik değerleri.
50
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.9’daki sonuçlar dikkate alınarak, ışık geçirgenliği %50’nin üzerinde
olan ve herhangi bir zarar almayan kuvartz plakalar seçildi. Seçilen plakaların yarısı
CASTOR’un 4. prototipi’nin (Şekil 4.10) 2008 hüzme testinde yarısı da gerçek
CASTOR’un bir oktantlık hadronik kısmında (Şekil 4.11) kullanıldı. 2008 hüzme
testleri esnasında 4. Proptotip’in performansı için farklı enerji (50, 80, 100, 150, 200,
300 GeV)’lerde farklı parçacık (elektron, pion ve müon) hüzmeleri kullanıldı.
Şekil 4.10 CASTOR’un dördüncü prototipi.
Her bir yarım sekizlide 60 tane olmak üzere toplam 120 kuvartz plaka gerçek
yarım CASTOR’un bir oktantına yerleştirildi. Şekil 4.11’de yarım CASTOR
kalorimetresi görülmektedir.
51
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.11. CASTOR’un bir oktantlık kısmına yerleştirilen kuvartz plakalar.
Gerçek CASTOR’un 1 / 8 ’lik kısmı bir kuvartz ve bir tungsten plakanın ard
arda sıralanmasından oluşmaktadır. Sıralanan kuvartz ve tungsten plakalar Şekil
4.12’de görülmektedir.
Şekil 4.12. CASTOR’un kuvartz ve tungsten plakalar.
52
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Beş kuvartz ve beş tungsten plaka bir okuma kanalını oluşturur. Bu beşli grup
bir hava özlü ışık toplayıcı kullanılarak bir FÇT’ye bağlandı (Şekil 4.13). Böylece
kuvartz yüzeyinde oluşacak Çerenkov sinyali hava özlü ışık toplayıcılar aracılığı ile
FÇT’e iletilir. FÇT tarafından alınan bu ışık sinyallari elektriksel sinyallere
dönüştürülür.
Şekil 4.13. Beşli kuvartz ve tungsten plakalara bağlanan FÇT’ler.
Hazırlanan
gerçek
CASTOR
(Şekil
4.14)
SX5’de
bulunan
CMS
detektöründeki yerine (Şekil 4.15) yerleştirildi. Şekilde koruyucu zırhın (turuncu
renk) ortasındaki boşluk bölgede bulunan platforma sabitlendi. Bu zırh detektörü
oluşacak olan yüksek radyasyondan korumak için yerleştirilmiştir.
53
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.14. CMS’teki konumuna yerleştirilmek üzere 1/8’i tamamlanan CASTOR
kalorimetresi.
Şekil 4.15. CASTOR’un CMS’deki yeri.
54
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.16. CMS’ye yerleştirilen CASTOR
Diğer taraftan CASTOR’un elektromanyetik kısmı (EM) için kullanılan
kuvartzların bir kısmı da test edildi. EM kısmında kullanılan kuvartzların boyutları
(0,2x4x7,5 cm3) hadronik kısımda kullanılanlardan daha küçüktür. EM’de kullanılan
bazı O kuvartzlar (Şekil 4.16) ve bir başka O ve buna 5 MRad’lık doz uygulandıktan
sonra yapılan ölçümler Şekil 4.17’da gösterilmiştir. Bu nümunelerin ışık geçirgenlik
değerleri kullanılabilir değerlerdir.
Şekil 4.17. EM için kullanılan orijinal kuvartzların ışık geçirgenlik değerleri.
55
4. ARAŞTIRMA ve BULGULAR
Aydın AYHAN
Şekil 4.18. EM için kullanılan O+5 MRad’lık doz sonrasında ölçülen ışık geçirgenlik
değerleri.
56
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Aydın AYHAN
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu tezde CMS-CASTOR kalorimetresinin bir oktantının ve IV. Prototip’in
hadronik kısmına ait kuvartz plakaların üretimi ve bunların performanslarının
belirlenmesi için yapılan ışık geçirgenlik test sonuçları sunulmuştur. CASTOR
kalorimetresinin hadronik kısmında kullanılmak üzere üretilen kuvartz plakalar 2008
yılında CASTOR kalorimetresinin IV. Prototipi ve yarım kalorimetrenin bir
oktantına yerleştirilmiştir. Ekim 2008’den itibaren kalorimetrenin diğer oktantlarının
hazırlanması ile ilgili çalışmalar başlamıştır.
CASTOR’un tamamında kullanılacak kuvartz plakaların seçilmesine karar
vermek için Schott ve Hereous adlı iki Alman firmadan alınan çeşitli nümuneler O
durumundaki ışık geçirgenlik ve 10, 50 ve 100 MRad’lık dozlar sonrası ışık
geçirgenlikleri için test edilmişlerdir. Schott firmasından gelen nümunelerin ölçüm
sonuçları Şekil 5.15a’da ve Hereous firmasından gelenlerin sonuçları Şekil 5.12b’de
gösterilmiştir.
Şekil 5.1a. Schott kuvartzlarının ışık geçirgenlik değerleri.
57
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Aydın AYHAN
Şekil 5.1b. Hereous kuvartzlarının ışık geçirgenlik değerleri.
Her iki firmadan gelen O ve O+Radyasyon ölçümleri çok iyi görünmektedir.
CASTOR kalorimetresinin tümü için kullanılacak kuvartzların Schott firmasından
alınmasına karar verilmiştir. Mart - 2009’da CASTOR’un tüm oktantları Schott
firmasının sağlayacağı kuvartzlar ile tamamlanacaktır.
.
58
KAYNAKLAR
ADIGUZEL, A., 2008. Production of Quartz Plates for CMS-CASTOR Experiment,
CMS Note-2008/035
AKGUN, U., 2003. CMS HF Calorimeter PMTs and X c
+
Lifetime Measurement,
Iowa University, USA
ARIS, L.S., 1997. CASTOR, A decided detector for the detection of centauros and
strangelets at the LHC, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 23 2069-2080. Printed in
the UK.
GÜLER, M., 2008 Ekim, Yeni Fizik için Düğmeye Basıldı, BİLİM ve TEKNİK
Dergisi, Sayı 491, Sayfa 34-43.
CMS Technical Design Report 8.1 -2006. 2006-001 CERN/LHCC
CMS Physics Technical Design Report, Addendum on High Density QCD with
Heavy Ions (The CMS collabration -2007 J.Phys, G:Nucl.Part.Phys 34 2307
2455)
Courtesy of CMA Group at CERN
http://accuratus.com/fused.html
http://cmsdoc.cern.ch/cms/outreach/html/CMSdocuments/CMSchallenges/CMSchall
enges.ındex.html
http://cms-project-ecal-p5.web.cern.ch/cms-project-ECAL-P5
http://commons.wikipedia.org/wiki/Image:CMS_Magnet_barrel_Ring_with_Muon_c
hambers.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_equations
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Cherenkov.svg#file
http://en.wikipedia.org/wiki/Spectrophotometry
http://en.wikipedia.org/wiki/Quartz
http://en.wikipedia.org/wiki/Spectrophotometry
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://bp0.blogger.com/_iUP5mII
57Lo/R2YCfV
http://images.google.com/images?um=1&h
http://public.web.cern.ch/public/en/Research
59
http://www.onpedia.com/encyclopedia/cherenkov-effect
http://www.boyutpedia.com
NORBECK, E., 2006. Physics at Very Small Angles with CASTOR at CMS, 22nd
Winter Workshop on Nuclear Dynamics, USA
2008 JINST 3 SO8004,CMS Collaboration 2008,The CMS Experiment at the CERN
LHC
WIGMANS, R., 2000. Calorimetry, Energy Measurements in Particle Physics,
Oxford: Clarendon Press, 2000
60
EKLER
Kuvartzların ışık geçirgenlik değerleri için kullanılan kod
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
<vector>
<string>
"TF1.h"
"TH1F.h"
"TMath.h"
"TGraph.h"
"TMultiGraph.h"
"TLegend.h"
"TCanvas.h"
void Y1143(){
gROOT->Reset();
const Int_t m = 2;
const Int_t n = 90;
double
lamda[n],quartz_21[n],quartz_22[n],quartz_23[n],quartz_24
[n],quartz_45[n],quartz_46[n],quartz_47[n],quartz_48[n];
ifstream inp1;
Double_t Rangey[2] ={0,100};
Double_t Rangex[2] ={250,705};
inp1.open("1143.txt");
for( int i = 0; i<90; i++ ) {
inp1 >>lamda[i]>>quartz_21[i]>>quartz_22[i]>>quartz_23[i]>>
quartz_24[i]>>quartz_45[i]>>quartz_46[i]>>quartz_47[i]>>quartz_48
[i];
cout<<lamda[i] <<"
"<<quartz_23[i]<<"
"<<quartz_46[i]<<"
i="<<i<<endl;
}
inp1.close();
"<<quartz_21[i]<<"
"<<quartz_24[i]<<"
"<<quartz_47[i]<<"
"<<quartz_22[i]<<"
"<<quartz_45[i]<<"
"<<quartz_48[i]<<"
TCanvas *1143 = new TCanvas("1143","1143",900,900);
1143->Divide(1,1);
1143->cd(1);
61
TGraph
TGraph
TGraph
TGraph
TGraph
TGraph
TGraph
TGraph
TGraph
*Quartz_21=
*Quartz_22=
*Quartz_23=
*Quartz_24=
*Quartz_45=
*Quartz_46=
*Quartz_47=
*Quartz_48=
*Range= new
new TGraph(n,lamda,quartz_21);
new TGraph(n,lamda,quartz_22);
new TGraph(n,lamda,quartz_23)
new TGraph(n,lamda,quartz_24);
new TGraph(n,lamda,quartz_45);
new TGraph(n,lamda,quartz_46);
new TGraph(n,lamda,quartz_47);
new TGraph(n,lamda,quartz_48);
TGraph(m,Rangex,Rangey);
Quartz_21->SetMarkerColor(2);
Quartz_21->SetMarkerStyle(20);
Quartz_21->SetMarkerSize(1.0);
//Trans_Rate_Orig_1->SetName("Graph");
Quartz_21->SetTitle("21_numarali_quartz");
Quartz_22->SetMarkerColor(4);
Quartz_22->SetMarkerStyle(21);
Quartz_22->SetMarkerSize(1.0);
//Trans_Rate_Chem_2->SetName("Graph");
Quartz_22->SetTitle("22_numarali_quartz");
Quartz_23->SetMarkerColor(6);
Quartz_23->SetMarkerStyle(22);
Quartz_23->SetMarkerSize(1.0);
//Trans_Rate_Irrad_3->SetName("Graph");
Quartz_23->SetTitle("23_numarali_quartz");
Quartz_24->SetMarkerColor(3);
Quartz_24->SetMarkerStyle(26);
Quartz_24->SetMarkerSize(1.0);
Quartz_24->SetTitle("24_numarali_quartz");
Quartz_45->SetMarkerColor(8);
Quartz_45->SetMarkerStyle(23);
Quartz_45->SetMarkerSize(1.0);
Quartz_45->SetTitle("45_numarali_quartz");
Quartz_46->SetMarkerColor(1);
Quartz_46->SetMarkerStyle(26);
Quartz_46->SetMarkerSize(1.0);
Quartz_46->SetTitle("46_numarali_quartz");
Quartz_47->SetMarkerColor(7);
Quartz_47->SetMarkerStyle(24);
Quartz_47->SetMarkerSize(1.0);
Quartz_47->SetTitle("47_numarali_quartz");
Quartz_48->SetMarkerColor(9);
Quartz_48->SetMarkerStyle(25);
Quartz_48->SetMarkerSize(1.0);
62
Quartz_48->SetTitle("48_numarali_quartz");
TMultiGraph *isik_gecirgenlik = new TMultiGraph();
isik_gecirgenlik->SetName("");
isik_gecirgenlik->SetTitle("");
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_21);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_22);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_23);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_24);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_45);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_46);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_47);
isik_gecirgenlik->Add(Quartz_48);
isik_gecirgenlik->Add(Range);
isik_gecirgenlik->Draw("AP");
isik_gecirgenlik->GetXaxis()->SetTitle("dalgaboyu(nm)");
isik_gecirgenlik->GetYaxis()->SetTitle("isik gecirgenligi%");
// TPaveText *pt = new
TPaveText(0.01,0.945,0.4360808,0.995,"blNDC");
// pt->SetName("title");
// pt->SetBorderSize(2);
// pt->SetFillColor(19);
// TText *text = pt->AddText("Transmittion Rate(orig.) of Quartz
Performance");
// pt->Draw();
//c1_1->Modified();
//c1->cd();
//c1->Modified();
//c1->cd();
//c1->SetSelected(c1);
// TLegend *leg = new TLegend(0.4,0.6,0.89,0.89,NULL,"brNDC");
//TLegend *leg = new
TLegend(0.530421,0.373096,0.996297,0.639853,NULL,"brNDC");
// TLegend *leg = new
TLegend(0.634213,0.806031,0.107634,0.502534,NULL,"brNDC");
TLegend *leg = new TLegend(0.15,0.6,0.35,0.89,NULL,"brNDC");
leg->AddEntry(Quartz_21,"1100C sicakliktan sonra,1.nokta","p");
leg->AddEntry(Quartz_22,"1100C sicakliktan sonra,2.nokta","p");
leg->AddEntry(Quartz_23,"1100C sicakliktan sonra,3.nokta","p");
leg->AddEntry(Quartz_24,"2212, second point","p");
leg->AddEntry(Quartz_45,"2212, third point","p");
leg->AddEntry(Quartz_46,"2213, first point","p");
leg->AddEntry(Quartz_47,"2213, second point","p");
leg->AddEntry(Quartz_48,"2213, third point","p");
leg->SetHeader("");
leg->Draw();
63
//TCanvas *rsc =new TCanvas();
// rsc->Divide(1,2);
// TH1F *h1 = new TH1F("h1","Diff.of two rate",100,-50,50);
// double different[91];
// TH1F *h2 =new TH1F("h2","Ratio",200,0,10);
// double ratio[91] =0;
// for(int i=0 ; i<91 ; i++){
// different[i] =0.0;
//}
// for(int i=0 ; i<91 ; i++){
// different[i] = TMath::Abs(trans_rate_1_orig[i] trans_rate_3_irrad[i]);
// h1->Fill(different[i]);
// * if(signal_5[i]=!0.0)*/
//ratio[i] = trans_rate_1_orig[i] / trans_rate_3_irrad[i];
//h2->Fill(ratio[i]);
// }
// TH1F *h3 =new TH1F("h3","Average of three points",100,0,100);
//
double average[91];
//
for(int i=0 ;i<90 ;i++){
//
avarege[i]
=((trans_rate_1_orig[i]+trans_rate_2_chem[i]+trans_rate_3_irrad[i
])/3.);
//
h3->Fill(average[i]);
//
}
// rsc->cd(1);
// h1->SetFillColor(kRed);
// h1->Draw();
// rsc->cd(2);
// h2->SetFillColor(kGreen);
// h2->Draw();
// rsc->cd(3);
// h3->SetFillColor(kYellow);
//
h3->Draw();
//mg->Draw("AP");
//grb1->Draw("CP");
}
64
ÖZGEÇMİŞ
1980 yılında Şanlıurfa’nın Suruç ilçesinde doğdum. İlk ve orta öğrenimimin
bir bölümünü Adana’da, orta öğrenim 3. Sınıf ve lise öğrenimimi Şanlıurfa’nın Suruç
ilçesinde tamamladım. 1999 yılında Harran Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi
Fizik Bölümünde lisans eğitimine,
2005 yılında Çukurova Üniversitesi Fizik
anabilim dalında tezli yüksek lisans programına başladım.
65
