Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı

Transkript

1 Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı Doç. Dr. M. Bilge Demirköz ODTÜ Fizik Bölümü 9 Aralık 2015 CERNTR ToplanDsı

2 Yürüyen Projeleri TAEK projesi: Alfa ManyeHk Spektrometresi (AMS- 02) Deneyi ile AnH- Madde ve Karanlık Madde Arayışı ve Kozmik Işın Ölçümü, 2012TAEKCERN- A5.H2.P , 500 bin TL 7inci Çerçeve CIG projesi: Search for a Dark Ma[er Signature with the Alpha MagneHc Spectrometer (AMS- 02) Experiment, FP7- CIG ), 100 bin euro ÖYP- DPT projesi: Parçacık ve Nükleer Fizikte Deneysel Kapasite GelişHrme Projesi BAP DPT- 2011K121010, 265 bin TL Santez projesi: Güç Yükselteç Modülleri için Toplam Doz Etkilerinin AraşDrılması ve Testleri: STZ- 2014, 438 bin TL 2

3 Astro-parçacık fiziği π µ e 1912: Kozmik ışınların keşfi Keşfedilen parçacıklar 1932: Pozitron 1947: Pion 1936: Muon (μ) 1949: Kaon (K) 1949: Lambda (Λ) 1952: Xi (Ξ) 1953: Sigma (Σ) Kozmik yağmur Çoğu güneşten gelen ve ışık hızına çok yakın giden protonlar 3

4 Alfa ManyeOk Spektrometresi (AMS) 4

5 65m x 4m x 3m 7.5 ton 300,000 elektronik bilgi kanalı 650 işlemci TRD Silikon takipçi TOF 1, 2 Mıknatıs 7 Silikon takipçi Radyatörler TOF 3, 4 RICH ECAL 11,000 foton sensörü Silikon takipçi 5

6 AMS, Endeavour un yük odasında uzaya fırlatılmaya hazır

7 Fırlatma rampasında Endeavour un Yük odası kapatılırken

8 STS-134 ekibi Fırlatma Rampasına doğru ilerlerken

9 STS-134 ün fırlatılışına geri sayım

10 STS-134 fırlatılışı Mayıs 16, 08:56 AM 10

11 Endeavour: 110 t External tank: 756 t 2 SRB: 1142 t (solid rocket boosters) Total weight: 2008 t AMS weight: 7.5 t

12 AMS Mekik Uzaktan Kavrama Sistemi tarafından tutuluyor(srms) Mayıs 19, 2011

13 Mayıs 19: AMS yerleştirmesi 5:15 CDT de bitiyor, ilk veriler 9:35 CDT de 13 AMS in ilk haftasında 100 milyon kozmik ışın verisi alındı.

14 14

15 AMS 19 Haziran 2011 den beri CERN POCC tan yönetiliyor. 15

16 MIT,

17 UUİ üzerinde temel bilim Uzaydan gelen iki çeşit parçacık var 1- Nötr kozmik ışınlar (ışık ve nötrinolar) 2- Yüklü kozmik ışınlar 17

18 TRD Identify e +, e - AMS: A TeV precision, mulhpurpose spectrometer ParOcles and nuclei are defined by their charge (Z) and energy (E ~ P) TOF Z, E Silicon Tracker Z, P ECAL E of e +, e -, γ 1 TRD TOF TOF RICH 9 ECAL Tracke r Magnet ±Z RICH Z, E Z, P are measured independently by the Tracker, RICH, TOF and ECAL

19 AMS Operations AMS Astronaut at ISS AMS Laptop TDRS Satellites Ku-Band High Rate (down): Events <10Mbit/s> Flight Operations Ground Operations AMS Payload Operations Control and Science Operations Centers (POCC, SOC) at CERN S-Band Low Rate (up & down): Commanding: 1 Kbit/s Monitoring: 30 Kbit/s White Sands Ground Terminal, NM AMS Computers at MSFC, AL

20 AMS on ISS AMS fiziği: Anti-madde arayışı Evren Büyük Patlamayla başladı. Büyük patlamadan sonra eşit miktarlarda madde ve antimadde oluşmuş olmalı. AMS yıl veri toplayarak, evrenin kenarına kadar antimadde olup olmadığını araştıracak

21 AMS Operations AMS Astronaut at ISS AMS Laptop TDRS Satellites Ku-Band High Rate (down): Events <10Mbit/s> Flight Operations Ground Operations AMS Payload Operations Control and Science Operations Centers (POCC, SOC) at CERN S-Band Low Rate (up & down): Commanding: 1 Kbit/s Monitoring: 30 Kbit/s White Sands Ground Terminal, NM AMS Computers at MSFC, AL

22 All of the analysis of AMS data is being performed by two independent groups Group A: RWTH-Aachen, Karlsruhe; Bologna, Milan, Perugia, Pisa, Rome; METU-Ankara; Lisbon; Group α: MIT, Yale, Hawaii; LAPP-Annecy, Grenoble; Academia Sinica, NCU; IHEP-Beijing; Geneva; CIEMAT-Madrid;

23 Positron frachon Physics of Positron Fraction M. Turner and F. Wilczek, Phys. Rev. D42 (1990) 1001; J. Ellis, 26th ICRC Salt Lake City (1999) astro-ph/ ; H. Cheng, J. Feng and K. Matchev, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) ; S. Profumo and P. Ullio, J. Cosmology Astroparticle Phys. JCAP07 (2004) 006; D. Hooper and J. Silk, Phys. Rev. D 71 (2005) ; E. Ponton and L. Randall, JHEP 0904 (2009) 080; G. Kane, R. Lu and S. Watson, Phys. Lett. B681 (2009) 151; D. Hooper, P. Blasi and P. D. Serpico, JCAP (2009) ; B2 Y Z. Fan et al., Int. J. Mod. Phys. D19 (2010) 2011; M. Pato, M. Lattanzi and G. Bertone, JCAP 1012 (2010) χ + χ e + +. mχ=400 GeV mχ=800 GeV e + /(e + + e - ) Collision of Cosmic Rays Dark Ma[er model based on I. Cholis et al., arxiv: e ± energy [GeV]

24

25 First Result from the AMS on the ISS: Precision Measurement of the Positron FracHon in Primary Cosmic Rays of GeV Selected for a Viewpoint in Physics and an Editors SuggesHon [Aguilar,M. et al (AMS CollaboraHon) Phys. Rev. Le[. 110, 1411xx (2013)]

26 front view 1 TRD: identifies electron 2 MAGNET ACC MAGNET Tracker and Magnet: measure momentum RICH charge of electron 9 ECAL: identifies electron and measures its energy AMS data on ISS: 424 GeV positron

27 Positron fraction AMS-02 (6.8 million e +, e events) e ± energy [GeV]

28

29 Uzaydaki Radyasyon Ortamı J. Alcaraz et al. Physics Letters B (AMS Collaboration) 29

30 Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı Bilgi transferi ve testlerin Türkiye de yapılması konusunda konuştuğumuz kuruluşlar TAI Mayıs 2012 TÜBİTAK Uzay Haziran 2012 ASELSAN ve STM Ekim 2012 TAEK SANAEM e ve Başkanlığı na sunum TAI ve ASELSAN ile ziyaretler Kasım 2012 SSM ye proje teslimi tarihi Şubat 2012 Kalkınma Bakanlığı proje teslim tarihi Ağustos 2014 MSB ARGE ve İMECE kapsamına alınması Kasım 2014 Proje Kabul tarihi Temmuz

31 Radyasyon Etkileri 1) İyonlaştırıcı Etkiler 2) İyonlaştırıcı Olmayan Etkiler (DD) Toplam Doz Etkisi (TID) LET: Lineer Energy Transfer 3) Tekil Olaylar (SEE) Single Event Latchup (SEL) Single Event Burnout (SEB) Single Event Upset (SEU) Single Event Transient (SET) Single Event Gate Rupture (SEGR) 31

32 Uzaydaki Radyasyon Ortamı LEO ( km) ~ 1-10 krad (Si) / yıl MEO ( km) ~ krad (Si) / yıl GEO (36,000 km) ~ krad (Si) / yıl 32

33 Uzaydaki Radyasyon Ortamı GÖKTÜRK 2 Yörünge Yörünge Yüksekliği Dünya Çevresindeki Tur Süresi : Güneş Eş zamanlı Yörünge : ~ 700 km : ~ 98 dakika Günlük yer istasyonu Temas Süresi Global Gözlem Alanı KabiliyeH Tekrar Ziyaret Zamanı Uydu Kütlesi Görüntü Depolama Kapasitesi Siyah - Beyaz Çözünürlük Renkli Çözünürlük Görev Ömrü : ~ 40 dakika (gündüz+gece) : Bütün Dünya : Ortalama 2,5 gün : < 409 kg. : 8 GB + 32 GB : 2,5 m : 5 m : 5 yıl 33

34 Uzaydaki Radyasyon Ortamı Örnek: TURKSAT 6A GEO Yörüngede 10 yıl için hesaplandı. Testler: 300 krad için yapılacak. Güvenlik Faktörü: 3 34

35 Uydular ve GelişOrilen Alt- sistemler 35

36 ESA/SCC Basic SpecificaOon No:25100 (Tekil Olay Etkileri Test Methodu ve Kılavuzu) Radyasyon alanı doz homojenliği: ± 10% Protonların kineok enerjisi: 20 ile 200MeV aralığında Akı: 10 5 p/cm 2 /s ile en azından 10 8 p/cm 2 /s aralığında olmalı Radyasyona maruz olan alan: 15.40cm x 21.55cm 36

37 TAEK SANAEM Proton Hızlandırıcı Tesisi 37 from TAEK SANAEM PAF booklet

38 SANAEM PHT Protonları KineHk Enerjisi: 30 MeV Hızı: c/4 Demet haz, izafiyete bağlı olarak hesaplanmalı Akımı: 10 μa 1.2 ma aralığında değişken En küçük akım değeri kullanılmalı En düşük akım: 10μA = 6.3 x p/s Radyasyona maruz olan alan: 21.55cm çap Akı: 1.7 x p/cm 2 /s Aynı radyasyona maruz olan alanda 10 8 p/cm 2 /s akıyı elde etmek için gerekli olan akım: 5.8nA Akının 1/1700 değerine düşürülmesi gerekmekte 38

39 PHT de ArGe Odasına Demet Haz İki kutuplu mıknags 5 kollu anahtar mıknags Dört kutuplu mıknags çiileri 39

40 Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı projesi TAEK in SANAEM tesisindeki PHT ArGe odasında 30MeV lik protonları bir saçılmalı demet haz ndan geçirerek, uzay ortamı testleri yapılabilir. Kullanıcılar: TAI, ASELSAN, TÜBİTAK Uzay Proje yardımcısı: CERN Danışmanlar Prof. Dr. İsmail Boztosun, Akdeniz Üniversitesi THM ve Prof. Dr. Ömer Yavaş, Ankara Üniversitesi NÜRDAM ve Prof. Dr. Ercan Yılmaz, Abant İzzet Baysal Üniversitesi Gelecekte proje ortağı: Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi Makine Donanım Sarf Malzemesi Hizmet Alımı Seyahat Yardımcı Personel TOPLAM 2,500,000TL 50,000TL 750,000TL 700,000TL 1,500,000TL 5,500,000TL 40

41 Bragg eğrisi Tesisteki 30MeV lik protonların silikona vurmasının simulasyonu Geant4 programı ile 30MeV protonlar silikonda sadece 5mm ilerleyebilmektedirler. Bu nedenle sadece bir kart test edilebilir. 41

42 Demet hal bileşenleri 5 çıkışlı anahtar mıknadsın alımı sonrasında, DemeH genişletmek için à 2 adet dört kutuplu mıknads Akıyı düşürmek için à ince saçılma filmleri ve kolimatörler Simülasyon programları Demet ophği à MAD- X ve Transport Parçacık izlemeà Turtle ve G4beamline 42

43 Güncel demet hal G4Beamline Programı ile Siklotrondan Ar&Ge odasına kadar olan demet haz Saçılmalı demet haz ODTÜ SDH Proton demeh Soğutucu 25cm helyum Hedef 25cm 25cm 0.9m 0.2m 1.5m Kolimatör açıklığı: 21.55cm x 15.40cm İkinci 2 kutuplu mıknads 1.Htanyum ince film 150μm 2.Htanyum ince film 150μm Konik kollimatör 1mm à 2mm 4.7 m Kollimatör Açıklık 1cmx1cm 5. Ve 6. dört kutuplu mıknadslar Vakum penceresi Htanyum 50μm 43

44 Hedef numunedeki demet genişliği ve akısı Akı à 7 x 10 7 p/cm 2 /s # of protons En sondaki demet enerjisi = 27 MeV Mean E Kin = ± 0.14 MeV E Kin (MeV) Turtle programı ile 44

45 G4beamline simülasyonu İki kutuplu mıknagslar Dört kutuplu mıknagslar

46 Çevresel doz miktarı FLUKA programı ile 46

47 SANTEZ Projesi Güç Yükselteç Modülleri için Toplam Radyasyon Dozu Etkilerinin AraşDrılması ve Testleri, ASELSAN- ODTÜ ortaklığı TAEK deki Kobalt 60 kaynağı kullanılarak Uluslararası standart ECSS No takip edilecek ASELSAN tara ndan gelişhrilen KaD Halli Güç Yükselteç Müdülü nün Yere Eşzamanlı Yörünge de radyasyon analizlerin yapılması uygun test düzeneğinin kurulması eş zamanlı olarak modül ürehmlerinin yapılması modüllere radyasyon testlerinin yapılması performans testleri ve raporlama Bütçesi: 438 bin TL Aralık 2014 Ağustos

48 Türkiye nin CERN e Asosiye Üyeliği 12 Mayıs 2014, CERN 48

49 Projenin Hukuki Temelleri ODTÜ- CERN arasında, Ortak Üyelik anlaşması temel alınarak bir işbirliği anlaşması metni imzalandı. 10/08/2015 ODTÜ- MSB arasında proje mutabakat protokolü imzalandı. 13/08/2015 ODTÜ- TAEK işbirliği protokolü imzalandı. 19/08/

50 Yer Gözlem Uydu Teknolojilerinin GelişOrilmesi (İMECE) Projesi IMECE Kapsamında gelişhrilecek olan Li- Ion Pil ve kontrol kard güneş hücreleri çok katmanlı yalıdm ba[aniyesi için radyasyon analiz/testleri yapılacak. 50

51 İŞ.P. NO İŞ PAKETLERİ TAKVİMİ İŞ PAKETİ TANIMI 1-6 AY 7-12 AY AY AY AY AY İP 1 ODTÜ SDH nin hesaplanması İP 2 Uzayda kullanılacak malzemeler için radyasyon miktarının hesaplanması ve analizinin yapılması İP 3 İP 4 İP 5 ODTÜ SDH nin Kurulumu ve Çalıştırılması Radyasyon testleri, performans testleri, testlerin analiz edilmesi ve sertifikalandırma Radyasyon ölçüm monitörü geliştirilmesine yönelik kavramsal çalışma 51

52 Türk MıknaDs ÜreHcisi Sönmez Transformatör Oğuz Sönmez, elektrik mühendisi Ağustos Eylül 2013 CERN de staj 4 bobin CERN de test edildi. Testleri geçh. SESAME projesi için 150 bobin üre ler + boyunduruk tasarımı ve ürehmi 52

53 Dinlediğiniz için teşekkürler 53