Dairesel Hızlandırıcılar (Ömer Yavaş, Ankara Üniversitesi)

III. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve
DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU (UPHDYO-III)
DAİRESEL HIZLANDIRICILAR
Prof. Dr. Ömer YAVAŞ
Ankara Üniversitesi
Fizik Mühendisliği Bölümü
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
1
KONU BAŞLIKLARI
Dairesel Hızlandırıcılar
Betatron
RF Alanlarla Hızlandırma
Mikrotron
Siklotron
Sinkro-Siklotron
İsokron-Siklotron
Sinkrotron
Depolama Halkaları
Karakteristik Parametrelerin Özeti
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
2
Dairesel Hızlandırıcılar
Yüklü parçacıkları RF
kaviteler yardımıyla
hızlandıran ve manyetik
alanlar yardımıyla
dairesel yörüngelerde
tutan hızlandırıcılardır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
3
Bir cismin bir çember etrafında
hareketini devam ettirmesi için, cismin
üzerine çemberin merkezine doğru
sabit bir kuvvet etki ettirilmelidir.
Dairesel hızlandırıcılarda, elektrik alan yüklü parçacıkları
hızlandırırken, dipol magnetler ise parçacık yörüngesini daire
biçiminde bükecek merkezcil kuvveti sağlarlar.
Manyetik alan, parçacık enerjisine etki etmez. Sadece,
parçacıkları hızlandırıcı kavite boyunca bükmeye yarar.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
4
(
r
r
r
q r
F = q E + [c ] v × B
c
)
Elektrik alan ile hızlandırma sağlanırken manyetik alan ile
dairesel yörüngeler oluşturulur.
Manyetik kuvvetler iş yapmaz.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
5
Manyetik alan içine giren paketçiklere hareket yönlerine
dik doğrultuda manyetik kuvvet uygulanırsa, paketçikler
doğrusal yörüngelerinden saparak dairesel yörüngede
dolanırlar.
Dairesel hareketin yarıçapı
uygulanan manyetik alanın şiddeti
ile doğru orantılıdır. Yani dairesel
hızlandırıcıların yörünge
yarıçaplarını belirleyen etken
manyetik alan şiddetidir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
6
Betatron
Betatron, dairesel bir hızlandırıcı türüdür.
Yüksek enerjilere ulaşmış elektronlar, beta (β) olarak
adlandırıldıkları için “Betatron” ismi, beta ışıması ve
elektrondan gelmektedir.
siklotron
Ö. Yavaş
Yavaş
Betatron aslında siklotron
ailesinden bir hızlandırıcıdır. Fakat onu
siklotrondan ayıran en büyük özellik,
hareket eden parçacık demetinin
yörünge yarıçapının sabit kalmasıdır.
Siklotronda ise bu uzaklık sürekli
değişmektedir.
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
7
Genel olarak betatronun çalışma ilkesi, zamanla değişen bir manyetik
alanın, bir elektrik alan indüklemesine dayanır.
İndükleme ile oluşan bu elektrik alan, betatrona giren elektronları
hızlandırırken; manyetik alan ise onları belli bir yörüngede tutar.
Elektronlar hızlandıkça onları sabit
yörüngede tutmak için gerekli
manyetik alan büyüklüğü de artar.
Bu durumda uygulanan manyetik
alan parçacıkları yörüngede tutacak
kadar güçlü olmalıdır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
8
Φ : Halkanın içindeki manyetik alan akısı
Xt : elektrik alanın herhangi bir noktadaki bileşeni olmak
üzere;
V = dΦ / dt
(akımı oluşturan elektromotor kuvveti)
Xt2π R = dΦ / dt
Bir elektronun rölativistik hareketinin momentumu “p” ise;
Xt e = dp / dt
Buradan;
e (Δ φ / d t )
2π R
Ö. Yavaş
Yavaş
Δ (B eR
Δp
=
=
Δt
Δt
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
)
9
Denklemi integre edersek;
φ(t2) - φ(t1) = 2π R2 [ B(t2) – B(t1) ]
Bu denklem, manyetik akı ve manyetik alan
φ (t )
B(t ) =
2π R 2
olarak ilişkilendirildiği durumlarda her zaman sağlanır:
φ (t )
B(t ) =
2π R2
Ö. Yavaş
Yavaş
Uçlarındaki indüksiyon anında düşecek
biçimde şekillendirilen bir elektromıknatısın,
bu denklemi sağlayacak bir tek yarıçapı
vardır.
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
10
Elektronun kazandığı kinetik enerji;
Δφ
eΔφ
ΔT = e
=
Δt 2π ( R / v)
Hızlandırıcıda elektronun hızı ışık hızına çok yakın olduğu için
v = c alınırsa ve φf ve φi, manyetik alana bağlı olarak ilk ve son
akı değerleri olarak verilirse
Elektronun kazandığı kinetik enerji;
e c
ΔT =
(φ f − φi ) = ( B f − Bi ) R e c
2π R
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
11
İlk Betatron
R = 1.23m
Bmax= 8.1 kG
Magnet ağırlığı: 350 ton
İlk manyetik indüksiyon hızlandırıcısı 1940 yılında Illinois
Üniversitesi’nde Prof. Dr. Donald Kerst tarafından yapılmıştır.
Orijinal Betatron
bulunmaktadır.
Ö. Yavaş
Yavaş
şu
anda
Smithsonian
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
Enstitisü’nde
12
RF Alanlarla Hızlandırma
Dairesel parçacık hızlandırıcılarının pek çoğu rf yükselteç ile
uyarılan hızlandırma kaviteleri kullanmaktadır.
Parçacıklar bu kaviteyi periyodik olarak geçmekte ve her geçişte
elektromagnetik alandan enerji almaktadır. Bu tip hızlandırıcılar
teknik olarak Betatron ilkesinden farklı gibi görünse de temel olarak
bir farklılık yoktur. Her iki durumda da elektrik alanlar değişen
magnetik alanlardan üretilir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
13
Yüklü bir parçacık, yükünün
cinsine
göre,
uygulanan
elektrik alana tepki gösterir.
Elektrik alanın uyguladığı
kuvvet elektromanyetik
dalgayı;
- Tepe noktasında yakalayan
bir parçacık için
maksimumdur.
- Merkezde yakalayan
parçacık için çok daha küçük
bir değerdedir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
14
Mikrotron
Parçacıkları belirli bir bölgede sabit bir manyetik alan altında
değişken yarıçaplarla döndürüp, belirli bir hızlandırıcı kaviteden
birçok defa geçirerek enerji kazandıran hızlandırıcılardır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
15
n. Yörünge için
dolanım periyodu:
T
n
=
2 π E
e B c
n
2
Rezonans koşulu:
Tn +1 − Tn = n T R F
Δγ = 1
Ö. Yavaş
Yavaş
n = 1, 2, 3 ...
elektronlar için geçerli;
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
16
‰ Ulaşılabilen maksimum enerji 44 Mev
‰ 100 mikroamper ortalama akım
‰ Homojen dipol alanları kullanımı
‰ Kolay işletim az sayıda parça
gereksinimi
‰ Rf kavite içinde enine odaklanma
‰ Oval demet boşluklarında boyuna
odaklanma
Plovdiv State Univertsity
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
17
Race Track Mikrotron
‰ Dairesel mikrotronlara göre daha büyük enerjilere ulaşabilir.
‰ RTM’ ler iki ana kısımdan oluşur:
RF frekanslı lineer hızlandırıcı,
Dairesel yörüngeler oluşturan magnetler.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
18
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
19
Birinci dolanım için zaman:
2π
2d
T1 =
E
E
n
.
T
+
Δ
+
=
(
)
inj
.
rf
2
eBc
β1c
Ardışık yörüngeler arası zaman farkı:
2π
2d ⎛ 1
1⎞
− ⎟ = nT
Ti +1 − Ti = 2 .ΔE + ⎜
. rf
ec B
c ⎝ βi +1 βi ⎠
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
20
Dairesel mikrotronun kullanım alanları
‰ Temel araştırma
‰ Aktivasyon analizi
‰ Dozimetri
‰ Radyokimya
‰ Radyoaktif çekirdek üretimi
‰ Radyasyon terapisi
Flerov Laboratory JINR Dubna,Russia
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
21
Bazı Mikrotron Laboratuarları
‰ Mainz Microtron (www.kph.uni-mainz.de/B1)
‰ Plovdiv University-Instıtute for Nuclear Research
and Nuclear (www.uni-plovdiv.bg)
‰ Nuclear Physics Instıtute Czech Republic
‰ SINP Moscow, (www.npi.msu.su)
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
22
Siklotron
Karşılıklı iki magnet arasındaki
boşlukta uygulanan RF
hızlandırma geriliminden
yararlanarak spiral yörüngede
hızlandırma yapan dairesel
hızlandırıcıdır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
23
Siklotronlarda parçacıklar sabit manyetik alan içerisinde
hareket eder; parçacıkların enerjilerinin artmasıyla da dairesel
yörüngeler artacak dolayısıyla daha büyük ölçekte mıknatıslar
gerekecektir. Mıknatıs bir siklotron maliyetinde ana etken
olduğundan daha büyük siklotronlar üretmenin maliyeti
oldukça fazladır.
Bir siklotronda parçacığın dolanım süresi
fr ev
ZeBc
=
= sabit = f rf
2π mcγ
Burada γ=1 olarak ele alınır. Manyetik alanın sabit
olduğunu göz önünde tutularak dolanım frekansı
2π r 2π mcγ
=
τ=
v
qB
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
24
Bir siklotronda özellikle ağır parçacıklar için ulaşılabilecek
maksimum enerji rölativistik olmamakla beraber enerji
uygulanan manyetik alanın şiddeti, yörünge yarıçapı ve
hızlandırılacak parçacığın kütlesine bağlıdır. Böylece
enerji;
E kin
Ö. Yavaş
Yavaş
2
2 2 2 2
1
(
c
p
)
Z
e B R
2
= m v =
=
2
2
2 m c
2 m c2
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
25
Pratik birimler cinsinden ağır parçacıklar için dolanım frekansı
yani rf- frekansı ve ulaşılabilecek maksimum enerji aşağıdaki
gibi verilir.
frf [ MHz] = 1.53B[ kG] , Ekin = 0.48B2 ⎡⎣kG2 ⎤⎦ R2 ⎡⎣m2 ⎤⎦ proton için
= 0.76B[ kG] ,
= 0.24B2 ⎡⎣kG2 ⎤⎦ R2 ⎡⎣m2 ⎤⎦ döteron için
= 0.76B[ kG] ,
= 0.48B2 ⎡⎣kG2 ⎤⎦ R2 ⎡⎣m2 ⎤⎦ He++ için
Örneğin bir siklotronda protonların hızlandırılması durumunda
enerjinin üst limiti ~500 MeV ile sınırlıdır. Bu enerjiyi arttırmak
için daha büyük çaplı mıknatıslara ihtiyaç duyulacak dolayısıyla
maliyet artacaktır.
Bundan dolayı sabit yarıçaplı, değişken manyetik alanlı dairesel
hızlandırıcılara yani sinkrotronlara ihtiyaç duyulmuştur.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
26
Sinkro-Siklotron
‰ Siklotronda radyo frekansının sabit olmasından dolayı
rölativistik olmayan enerjilere sınırlama gelmektedir.
‰ Yüksek enerjilere ulaşıldıkça parçacık demetlerini
odaklamada boyuna faz kararlılığının da önem
kazanmasının sonucu tasarlanmıştır.
‰ Siklotronun bu versiyonunda rölativistik faktör ile orantılı
olarak radyo frekansı değiştirilir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
27
f rf = değişken
γ =
ZeB
f rf =
2πγmc
1
f rf ≈
γ (t )
değişken
⇒ γ = γ (t )
Rölativistik faktörün değişken olması parçacığın hızının da
bu oranda değişeceğini gösterir. Bu durumda parçacığın
enerjisi de değişken olacaktır.
γ (t)
⇒ v = değişken
Hızdaki bu değişim parçacığın dolanım
yörüngesinin de hıza; yani momentuma
bağlı olarak değişmesine neden olur.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
1 ZeB
=
r (cp)
28
Bunu kinetik enerji için çözersek,
Ekin ( Ekin + 2mc ) = eZBr
2
Her iki düzlemde de eşit odaklama yapabilmek için alan
indeksi n = ½ olmalıdır.
Buna göre magnetik alan,
1
By (r ) ~
r
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
29
Yörünge yarıçapında magnetik alan, merkezdeki değerine
göre önemli ölçüde düşük olacaktır. Magnetik alan ve parçacık
enerjisinin her ikisi de değişken olduğu için eşzamanlılığı
korumak için rf frekansı module edilmelidir.
B[r (t )]
f rf ~
γ (t )
Frekans modülasyonundan dolayı, parçacık akısı rf frekansının
devir zamanına eşit atmalı bir makro yapıya sahiptir.
Bu prensibe dayalı inşa edilen en büyük hızlandırıcı, 1946’da
Lawrence Berkeley Laboratuvarındaki LBL, 184 inçlik sinkro
siklotrondur. 4300 ton ağırlığındaki magnet, maksimum
magnetik alan olarak 15 kG üretmektedir ve maksimum
yörünge yarıçapı 2.337 m’ dir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
30
İsokron-Siklotron
Sinkro siklotrondaki frekans modülasyonu teknik olarak
karmaşıktır ve farklı türde parçacıklar için farklı olmalıdır.
Thomas’ ın radyal magnetik alanın parçacığın enerjisine
uygun bir şekilde modüle edilebileceğini bulması bu alanda
önemli bir gelişme olmuştur.
Manyetik alanın radyal bağımlılığı da kullanılarak zayıf
odaklama yerini kuvvetli odaklamaya bırakır.
f rf = sabit
Ö. Yavaş
Yavaş
B[r (t )]
f rf ~
= sabit
γ (t )
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
γ =
değişken
31
Manyetik alanın değişken olması parçacığın izlediği
yörüngenin momentuma bağlı bir fonksiyon olmasına yol açar.
B = değişken = B (r,ϕ ) => r = f (p)
∂By ( rϕ )
∂ϕ
≠0
Manyetik alanın radyal bileşeni parçacığın enerjisine uygun
bir şekilde modüle edilir.
f rf =
Z e By
2 π γ m c
= sabit
f rev = sabit
İsokron siklotronlarda, rf frekansında mikro paketçiklerin sürekli bir demeti oluşturulur.
Yüksek proton akısı bu tür hızlandırıcıları verimli yüksek enerjili proton kaynakları yapar
ve bu kaynaklar sık sık bir hedefte yüksek akıda kaon ve pion mezonları yaratmak için
kullanılmaktadır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
32
Sinkrotron
Temel olarak yüksek hıza sahip temel parçacık, magnetik alan
etkisi ile dairesel bir yörüngede harekete zorlanır. Bu teknik
kullanılarak ilk defa 1947 yılında, temel parçacıklardan olan
elektronun ivmeli hareketinden ışınım üretilmiştir. Yüklü bir
parçacığın (elektron veya pozitron) bir magnetik alan içinde
rölativistik hızdaki dairesel hareketinden elde edilen ışınıma
sinkrotron ışınımı denir.
‰ Çok yüksek foton akısı (~1017 )
‰ Yüksek parlaklık (~1021 )
‰ Esneklik (ayarlanabilir dalgaboyu)
‰ Uzak kızılötesinden (FIR), sert X-Işınlarına kadar geniş
bir bölgede sürekli spektrum
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
33
Ön hızlandırıcıda
hızlandırılan demet,
enjeksiyon bölgesiden sabit
yarıçaplı halkaya sokulur.
Demet yörüngede defalarca
dolanarak hızlandırıcı RF
alanından geçer ve istenilen
enerjiye ulaştığında demet
halkanın dışına alınır.
Çarpıştırıcı olarak ya da sabit
enerjide halka içinde
tutularak depolama halkası
olarak kullanılır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
34
γmv
r
2
(
q r r
rˆ = [c ] v × B
c
)
⇒
1 qB
=
= sabit
r cp
Burada q parçacığın yükü, v hızı, m kütlesi,
p momentumu, B uygulanan manyetik alan,
r sinkrotron halkasının yarıçapıdır.
r = R= sabit
Yörünge yarıçapı sabit olduğunda daha yüksek enerjilere
ulaşılabilir.
Bunun için tasarım şartı;
Ö. Yavaş
Yavaş
1 qB
=
= sabit
R cp
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
35
Sinkrotronda bir paketçiğin halkada dolanım süresi ;
2πR 2πγmc
=
τ=
v
ZeB
Parçacığın momentumu arttıkça parçacıkları aynı yörüngede
tutmak için eğici magnetlerin şiddeti buna eşdeğer olarak
arttırılır.
Bu durum manyetik alanın parçacığın momentumu ile
orantılı olarak artırıldığı zaman sağlanır.
R = sabit => B ~ p (t)
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
36
Dolanım frekansı parçacığın hızına bağlı olarak;
f rev
ZecB
=
β (t ) → β (t )
2πcp
f rf = hf rev
Demetin hızlandırılabilmesi için, rf frekansı dolanım
frekansının tam katı tutulmalıdır böylece eşzamanlılık
koşulu sağlanır. h orantı katsayısı harmonik sayı olarak
adlandırılır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
37
Ağır parçacıklar için;
Hafif parçacıklar için;
Enerjinin artmasından
dolayı, bu artışla birlikte
ağır parçacıklarında hızları
artacaktır.
Hafif parçacıklar kısa sürede
rölativistik hızlara ulaşırlar ve
ışık hızına yakın sabit hızlarla
dolanımlarına devam ederler.
v = değişken
β = β (t) => f rf ~ v(t)
v = sabit
β = sabit => f rf => sabit
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
38
Bir sinkrotronda ulaşılabilecek maksimum enerji
sinkrotron yarıçapı ve uygulanan maksimum manyetik
alan ile belirlenir. Maksimum enerji;
(
)
cpmax = Ekin Ekin + 2mc = Cp B[ kG] r [ m]
2
⎡ GeV ⎤
C p = [c ] e = 0.02997926 ⎢
⎥
⎢⎣ kG m ⎥⎦
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
39
Örnek Laboratuvarlardan Parametreler
SPring-8
Ö. Yavaş
Yavaş
Yer
Harima Science
Garden City
Hyogo,Japon
Enerji
8 GeV
Işınım
Hattı
62
Çevresi
1436 m
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
40
Örnek Laboratuvarlardan Parametreler
APS
Ö. Yavaş
Yavaş
Yer
Argonne, USA
Enerji
7 GeV
Işınım
Hattı
68
Çevresi
1104 m
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
41
Örnek Laboratuvarlardan Parametreler
ESRF
Yer
Gronebla, France
Enerji
6 GeV
Işınım
Hattı
56
844 m
Çevresi
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
42
Depolama Halkaları
Depolama halkası,
zaman içinde sabit
magnetik alanın
kullanıldığı sinkrotron
benzeri bir halkadır.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
43
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
44
Depolama halkalarında eğici magnetik alanlar zamana göre
sabittir ve parçacık demetleri devamlı döner. Elektron
sinkrotronlarına benzer şekilde, elektron depolama
halkalarında da sinkrotron ışınımı ulaşabilecek enerjiye bir
limit koyar. Günümüz teknolojisiyle süper iletken mikrodalga
boşlukları kullanılarak depolama halkalarında birkaç yüz GeV
enerji elde edilebilir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
45
Depolama halkası ve Sinkrotron da demetler ışınım
elde etme amacıyla farklı magnetlerden geçerler:
‰ Eğici (Bending) Magnet
‰ Odaklayıcı (Focusing) Magnet
‰ Salındırıcı (Undulator)
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
46
Eğici (Bending) Magnet:
Parçacıklar bu magnetlerin içinden geçtiği
zaman, yollarından birkaç derece saparlar.
Yöndeki bu değişim, sinkrotron ışınımına sebep
olur!
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
47
Odaklayıcı (Focusing) Magnet:
Bu magnetler depolama halkasının düz kısmına, (parçacık
demetini küçük ve iyi-tanımlı tutabilmek amacıyla)
odaklamak için yerleştirilmiştir.
Küçük ve iyi-tanımlı bir elektron demeti; deneyler için
gerekli olan, çok parlak bir
X-Işını demeti üretebilir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
48
Salındırıcı (Undulator):
Bu manyetik yapılar; elektronları, salınan yada dalgalı bir
yörünge izlemelerine zorlarlar. Farklı bend’lerden yayılan
ışınım demetleri, eğici magnetlerin oluşturabildiğinden çok
daha şiddetli ışınım demetleri oluşturabilmek için
birbirleriyle üstüste binerler.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
49
ALS (Advanced Light Source) Depolama Halkası
Parametreleri:
Parametre
Değer
Demet Parçacığı
Elektron
Demet Enerjisi
1-1,9 GeV
Enjeksiyon Enerjisi
1-1,5 GeV
Demet Akımı
Çoklu-paketçik modunda 400 mA
İki paketçik modunda 2 X 30 mA
Çoklu-paketçik modunda paketçik
mesafesi
2 ns
İki paketçik modunda paketçik
mesafesi
328 ns
Çevre
196,8 m
Düz Kısım Sayısı
12
RF Frekansı
499,642 MHz
1,9 GeV çoklu-paketçik modunda
demet ölçüleri
Yatay 310 mikron X Düşey 16 mikron
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
50
Karakteristik Parametrelerin
Özeti
Dairesel Hızlandırıcıların en önemli iki parametresi:
Yörünge yarıçapı:
• Eşzamanlılık koşulu:
Ö. Yavaş
Yavaş
eBy
1
=
2
r γmc β
f rf =
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
ceBy
2πγmc
2
h
51
Parametrelerinin karşılaştırılması
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
52
Türk Hızlandırıcı Merkezi (TAC)
Türk
Hızlandırıcı
Merkezi
bünyesinde
kurulması
planlanan
linak-halka
tipli
çarpıştırıcıda; linaktan gelen 1
GeV ’lik elektron demeti ile
halkadan gelen 3,56 GeV ’lik
pozitron demeti çarpıştırılarak,
Charm fabrikası kurulması
planlanmaktadır.
Eelektron = 1 GeV
Epozitron= 3,56 GeV
Ec.m.(√s) = 3,77 GeV
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
53
TAC Charm fabrikası pozitron halkası (3,56 GeV) için
önerilen temel hücre DBA (Double Bending Achromat) tipi
bir yapıdır. Tasarımda 32 adet eğici magnet ile 96 adet
odaklayıcı
ve
dağıtıcı
magnet
kuadrupol
magnet
kullanılmıştır.
Sinkrotron ışınımı elde etmekte kullanılacak wiggler ve
undulatörler ile RF kaviteler için ayrılan 12 adet magnetsiz
bölgenin uzunluğu 4,4 m’dir. Çarpışma bölgesi için bırakılan
iki bölgenin uzunluğu ise 14,4 m’dir.
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
54
Charm Fabrikasının Depolama Halkası
İçin Temel Hızlandırıcı Parametreleri
Enerji (GeV)
3,56
Çevre (m)
264
Demet Akımı (mA)
216
Tur Başına Enerji Kaybı (keV)
1163,2
Sönüm Zamanları tx,ty,tz (ms)
5.4 , 5.4 , 2.6
Ayar (Qx,Qy)
11.5 , 2.4
Chromaticity ηx,ηy
-18 , -39
Sinkrotron Ayarı
0.1
Harmonik Sayısı
442
RF Frekansı (MHz)
500.25
Enerji Yayılması (%)
0.09
Momentum Compaction
0.0043
Yayınım (nm rad)
Ö. Yavaş
Yavaş
20
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
55
KAYNAK KİTAPLAR
Particle Accelerator Physics
Basic Principles and Linear Beam Dynamics
Helmut WIEDEMANN (1993)
An Introduction To
Particle Accelerators
Edmund WILSON (2001)
an introduction to
The Physics of High Energy Accelerators
D.A. EDWARDS M.J.SYPHERS (1993)
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
56
TEŞEKKÜRLER
Ö. Yavaş
Yavaş
III.UPHDYO
2020-24.09.2007 Muğ
Muğla, Bodrum
57