DESY HIZLANDIRICI MERKEZİ

Transkript

1 DESY HIZLANDIRICI MERKEZİ Ömer YAVAŞ Ankara Üniv. Mühendislik Fakültesi Fizik Müh. Bölümü, Tandoğan, Ankara ÖZET DESY (Deutsche Elektronen SYnchrotron) Hamburg ta (Almanya) kurulu bulunan hızlandırıcı merkezidir. Almanya nın 16 ulusal araştırma merkezinden en büyüğü olan bu hızlandırıcı merkezi yaklaşık 3000 çalışan araştırmacısı, araştırma bütçesi ve fiziki büyüklüğü ile bu alanda dünyanın ilk beş büyük laboratuvarı arasındadır da kurulmasına başlanan merkezde bu gün deneysel parçacık fiziği araştırmalarının gerçekleştirildiği hızlandırıcıların ve büyük boyutlu dedektörlerin yanısıra, sinkrotron ışınımı ve serbest elektron lazeri laboratuvarları mevcuttur. Bu laboratuvarlarda temel araştırmaların yanısıra, fizik, kimya, biyoloji, jeoloji, tıp v.b. alanlarında araştırma projeleri yapılmaktadır. Ayrıca, mühendislik, endüstri, sağlık v.b. alanlarında teknoloji geliştirme ve uygulama çalışmaları sürdürülmektedir. Bu çalışmada DESY nin kuruluşundan bu yana bu merkezde gerçekleştirilen bilimsel çalışmalar, yapılan deneyler, ulaşılan sonuçlar ve DESY de gerçekleştirilmesi düşünülen VUV-SASE FEL, TESLA, X-FEL, THERA, PHOTON COLLIDER, ELFE, TESLA-N gibi gelecek projeler detaylıca tartışılmıştır. Anahtar Kelimeler: DESY, HERA, TESLA, Hızlandırıcı, Sinkrotron Işınımı, Serberst Elektron Lazeri 1.GİRİŞ DESY, deneysel parçacık fiziği araştırmalarının yanı sıra, sinkrotron ışınımı ve serbest elektron lazeri kullanılarak temel ve uygulamalı araştırmaların yapıldığı ve CERN (İsviçre-Fransa), Fermilab (FNAL, USA) ve KEK (Japonya) gibi benzerleri ile birlikte ilk beşe giren bir araştırma laboratuvarıdır [1] da kurulmaya başlamasından bu güne kadar ortaya koyduğu sonuçlar ve gelişme düzeyi, bilimin diğer alanlarında gerçekleştirilen yapılanma ile birlikte Alman ekonomisine, endüstrisine, mühendisliğine, sanayisine, teknolojisine ve bir başka deyişle halkın yaşam seviyesinin yükselmesine rehberlik etmiş ve lokomotiflik yapmıştır. DESY, bu rehberliğini günümüzde ise 2010 da tamamlamayı düşündüğü TESLA projesi ile daha üst düzeylere taşımış büyük bir bilim ve araştırma merkezidir. Ankara Üniversitesi, Türkiye den ilk ve tek kurum olmak üzere DESY ile tarihinde 5 yıllık bilimsel işbirliği anlaşması imzalamış ve bu işbirliği anlaşması Mayıs 2001 de 5 yıl süre ile karşılıklı olarak uzatılmıştır. Bu işbirliği sonucu Ankara Üniversitesi TESLA projesi ve onun alt projelerine katkıda bulunarak bu projelerde resmi olarak yer almıştır. Bu çalışmada DESY nin kuruluş ve gelişme aşamaları, parçacık fiziği ve sinkrotron ışınımı konularında son 40 yılda yapılanlar, kurulan hızlandırıcılar ve laboratuvarların yanısıra DESY nin yeni projeleri fiziksel sonuç ve hedefleri ile detaylıca tartışılmıştır. Sonuç olarak ise bir ulusal hızlandırıcı kompleksinde neler çalışılabileceği, bilime ve gelişmişlik düzeyine nelerin nasıl ışık tutabileceği DESY örneği ile vurgulanmış olacaktır. 2. DESY NİN KURULUŞU VE GELİŞİMİ DESY, kuruluş anlaşması 18 Aralık 1959 da Almanya nın Hamburg şehrinde imzalanmış ve adım adım hayata geçirilmiş parçacık fiziği deneylerinin yapıldığı ve sinkrotron ışınımı kullanılarak araştırma ve uygulamaların gerçekleştirildiği Almanya nın en büyük ulusal araştırma laboratuvarıdır. Berlin-Zeuthen de kurulu bulunan Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü iki Almanyanın birleşmesinden sonra 1 Ocak 1992 de DESY nin bir parçası haline getirilmiştir. DESY, Hermann von Helmholz Ulusal Araştırma Merkezleri Birliğinin (HFG) bir üyesidir. Kurucuları DESY nin kuruluş amacını parçacık hızlandırıcını kurup bunların bilimsel kullanımı ile temel araştırmaların yapılması olarak bir başka deyişle ve orijinal haliyle The promotion of fundemental scientific research, principially through the construction and operation of particle accelerators and their scientific usage olarak tanımlamışlardır. Bu amaç doğrultusunda günümüzde DESY de gerçekleştirilen araştırmalar iki ana başlık altında toplanabilir: - Parçacık fiziği olarak maddenin temel özelliklerinin araştırılması

2 - Sinkrotron ışınımının elde edilmesi ve yüzey fiziği, malzeme bilimi, kimya, moleküler biyoloji, jeofizik ve tıp alanında kullanılması. Şekil 2, parçacık fiziği ve sinkrotron ışınımı ile hangi enerji skalalarda hangi boyutların çalışıldığını göstermektedir. DESY, yapılan araştırmalara 35 ülkeden 270 dolayında üniversite ve araştırma merkezinden 3000 civarında araştırmacının iştirak ettiği ve %95 i federal hükümetçe karşılanan ve yıllık yaklaşık 400 Milyon Deutsche Marklık (DM) cari bütçesi olan bir merkezdir [2]. DESY çalışanlarının dağılımı: 1370 (Hamburg), 185 (Zeuthen, Berlin) şeklindedir. DESY imkanlarını kullanan toplam araştırmacı dağılımı ise 85 Alman üniversitesi veya araştırma merkezinden 1600 kullanıcı, 185 yabancı üniversite ve araştırma merkezinden ise 1400 kullanıcı şeklindedir. Bu gün 36 Ülke DESY ile bilimsel işbiriği halindedir: Ermenistan (ARM), Avustralya (AUS), Avusturya (A), Belçika (B), Brezilya (BR), Bulgaristan (BG), Kanada (CAN), Çin (VRC), Çek Cumhuriyeti (CZ), Danimarka (DK), Estonya (EW), Finlandiya (SOU), Fransa (F), Almanya (D), Yunanistan (GR), İngiltere (GB), Macaristan (H), İrlanda (IRL), İsrail (IL), İtalya (I), Japonya (J), Kore (ROK), Hollanda (NL), Norveç (N), Polonya (PL), Portekiz (P), Rusya (RUS), İsveç (S), Slovakya (SQ), Slovenya (SLO), Güney Afrika (ZA), İspanya (E), İsviçre (CH), Ukrayna (UA) ve Amerika Birleşik Devletleri (USA). 3. DESY DEKİ HIZLANDIRICILAR Merkezde elektron ön hızlandırıcıları olarak LinacII ve dairesel DESYII, proton ön hızlandırıcıları olarak ise LinacIII ve DESYIII hızlandırıcıları mevcuttur. Ayrıca PETRA depolama halkası (Önceden gluonların keşfinin gerçekleştirildiği elektronpozitron çarpıştırıcı olarak kullanılmış sinkrotron) dünyanın ilk halka-halka tipli elektron proton çarpıştırıcısı olan HERA ya enjektörlük yapmaktadır. HERA 1992 de çalışmaya başlayan ve 27 GeV lik elektron demeti ve 920 GeV lik proton demetini içeren elektron-pozitron çarpıştırıcısıdır [3]. Bu çarpıştırıcı üzerinde halen dört büyük deney (H1, ZEUS, HERMES, HERA-B) sürdürülmektedir. DORIS elektron halkası ise 42 demet hattı ve 80 deney istasyonu ile HAamburg Synchrotron LABoratuvarı (HASYLAB) diye bilinen dünyanın en gelişmiş Sinkrotron Işınımı Laboratuvarı olarak yılda yaklaşık 1000 projenin tamamlandığı bir araştırma laboratuvarıdır. DESY hızlandırıcıları Şekil 1 de görülmektedir. Bu şekilde HERA ringinin sadece bir kısmı görünmektedir. Burada görünen ön ve asıl hızlandırıcılarının neler olduğu şöyle açıklanabilir: Önhızlandırıcılar: LINAC II : e - /e + ; 900/450 MeV; 70 m. LINAC III : H - (p için), 50 MeV/c; 32 m PIA : e - /e + (Akümülatör); 450 MeV ; 29 m DESY II : e - /e + ; 9 GeV; 293 m DESY III : p; 7.5 GeV/c; 317 m PETRA II : e - /e + ; 12 GeV; p:40 GeV/c; 2304 m Parçacık fiziği için depolama halkaları: HERA : Hadron-Elektron Ring Hızlandırıcı Kompleksi, e - /e + 27 GeV; p: 820 GeV; Çevresi 6336 m, 4 etkileşme (deney) bölgesi (H1, ZEUS, HERMES, HERA-B), boyuna polarize elektron demeti. Sinkrotron ışınımı kaynakları: DORIS III : e + ; 4.5 GeV; 289 m Eğici magnetlerden 11 demet hattı, Görünür ışıktan X-ışını bölgesine ışınım (20 ev 200 KeV), VUV-X ışını bölgesinde ışınım veren wiggler ve undulatörler magnetlerden 10 demet hattı (20 ev 200 kev). PETRA II : e - /e + ; 12 GeV ; 2304 m Undulatörden 1 demet hattı: Sert X- ışını (15 kev-500 kev) 4. DESY DE YAPILAN PARÇACIK FİZİĞİ DENEYLERİ DESY de DESY elektron sinkrotronunun çalışmaya başladığı 1964 yılından bu yana deneysel parçacık fiziği ve son yıllarda ise DORIS ve PETRA üzerinde oluşturulan demet hatları ile sinkrotron ışınımı araştırma ve uygulamaları yapılmaktadır. Özellikle yılları arasında PETRA elektron-pozitron çarpıştırıcısında gluon un keşfi üzerine önemli deneysel sonuçlar elde edilmiş ve bu sonuçlar Avrupa Nobeli denilen bir ödülle ödüllendirilmiştir. Son yıllarda PETRA hızlandırıcısı, PETRA II adıyla HERA hızlandırıcısına elektron ve proton enjektörü olarak hizmet vermektedir yılında HERA elektronproton çarpıştırıcısının devreye girmesi ile HERA üzerindeki 4 etkileşme noktasında H1, ZEUS, HERMES ve HERA-B deneyleri devreye sokulmaya başlamıştır. Bu deneylerin uğraş alanı ve teknik bilgileri aşağıdaki gibidir H1: HERA üzerinde kurulu ve 27 GeV lik elektron demeti ile 920 GeV lik proton demetinin çarpıştırılarak derin inelastik saçılmaldan elde edilen bilgiler ile protonun iç yapısının araştırıldığı

3 ve temel etkileşmelerin ve Standard Model ötesi fiziğin araştırıldığı bir deneydir den beri çalışan HERA ringinin kuzey kısmında 12 m x 10m x 15 m boyutlarında, toplam ağırlığı 2800 ton olan ve dışarıdan içeriye wie chamber, sıvı argon kalorimetresi, süperiletken sarım, müon odacığı, demir çekirdek, müon spektrometresi, ışınlık monitörü ve proton dedektörü kısımlarından oluşan bir dedektördür [4] ZEUS: HERA güney kısmında bulunan, mikro dünyanın yasalarına ve temel etkileşmelerin fiziğine ışık tutan derin ve inelastik elektron proton saçılmaları yoluyla veri üreten bir deney dedektörüdür. Uluslarasası işbirliği ile kurulmuş bu dedektör 12m x 11m x20 m boyutlarında, toplam 3600 ton ağırlığındadır ve dışarıdan içeriye wire chamber sistemi, süperiletken sarım, sintilatör uranyum kalorimetre, müon odacıkları, demir çekirdek, müon spektrometresi, ışınlık monitörü, ileri yönlü proton dedektörü kısımlarından oluşmaktadır [5] HERMES: Nükleonların spin yapısını ve quark gluon plazma yapısını araştıran ve 1995 ten beri veri toplayan bir deneydir. HERA doğu kısmında yer almakta ve boyuna polarize elektron demetlerinin polarize gaz hedeften saçılması yoluyla veri üreten dedektördür. 3.5 m x 8 m x 5 m boyutlarında ve 400 ton ağırlığında olan bu dedektör polarize gaz hedef, spektrometre magneti, Cherenkov sayacı, düzlemsel sürüklenme odacıkları, geçiş radyasyon dedektörü, kurşun-cam dedektörü kısımlarından oluşmaktadır [6] HERA-B: 13 ülkeden, 32 enstitüden 250 araştırmacının yürüttüğü bu deney tamamen B- mezon sisteminde yük-parite (CP) simetrisinin kırılması konusu üzerine odaklanmıştır. Altın 0 0 bozunma The Golden Decay olan B J / ΨK bozunumundaki asimetrinin ölçümü temel parçacık fiziğinin Standard Model inin çok hassas bir testidir. Deney bu ölçüm üzerine odaklanmış bir sabit hedef deneyidir. Veri toplamaya 1998/99 deney sezonunda başlamış ve çalışmalar devam etmektedir [7]. 5. HAMBURG SİNKROTRON IŞINIMI LABORAUVARI (HASYLAB) Açılımı HAmburg SYnchrotron radiation LABoratory olan HASYLAB, DESY de DORIS III ringi ve en son PETRA ringinden sinkrotron ışınımı elde eden ve bunu değişik araştırma ve uygulamalarda kullanan dünyanın en büyük sinkrotron ışınımı laboratuvarlarındandır [8]. Bu laboratuvarda elde edilen 1 ev 300 kev enerji aralığındaki sinkrotron ışınımı fiziğin değişik alanlarının yanısıra, biyoloji, kimya, malzeme bilimi, kristalografi, jeolojik bilimler ve medikal uygulamalar gibi geniş bir spektrum içinde kullanılmakatdır. DORIS II ve DORIS III te yılları arasında ma lik elektron demetleri ile ışınım elde edilirken, 1993 ten sonra ma lik poziron demeti ile sinkrotron ışınımı elde edilmiştir. DORIS III, 5 paketçikli ve başlangıçta 150 ma lik başlangıç akımına sahip 4.5 GeV lik elektron demeti kullanmaktadır. Tipik demet ömrü 22 saat civarındadır. DORIS III halkası, demet hatları ve deney bölgeleri Şekil 3 te görülmektedir. Şekil 4 ise enerjiye karşılık parlaklığı verecek şekilde DORIS ve PETRA ışımlarının birbirlerine göre dağılımını göstermektedir. Şekilden de anlaşılacağı üzere DORIS ve PETRA dan değişik eğici magnet, salındırıcı (undulatör) ve zigzaklayıcı (wiggler) magnet aracılı ile elde edilen sinkrotron ışınımı enerji aralığı olarak ev ve parlaklık olarak ise ise (foton/(saniye-mrad 2.0.1% band genişliği) aralığına düşmektedir. Örnek olarak 1999 yılı ele alınacak olursa DORIS III ringi 25 Ocak tan 20 Aralık a kadar 7 ayrı gruptaki araştırmalar için toplam 5900 saatlik demet sağlamıştır. PETRA ringinden ise 1800 saatlik demet sağlanmıştır. Son yıllarda ( arası) HASYLAB ın kullanıcı sayısı Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı (EMBL) ile birlikte yılda 600 den 2000 e ulaşmıştır. 2.3 km lik PETRA ringinin ileride 6 GeV ile çalışan ve ve herşeyi ile 3. nesil bir sinkrotron ışınım kayanağına dönüştürülmesi planlanmaktadır. DESY de ileri ışınım kaynakları olarak TTF FEL ve TESLA X-FEL projeleri 4. nesil ışınım kaynakları peşi sıra devreye girecektir. Bu projeler kesim 6.1 ve 6.7 de detaylıca tartışılmaktadır yılı içerisinde HASYLAB ta 690 deneysel proje tamamlanmış ve yıllık laboratuvar raporunda yayınlanmıştır [9]. Bu çalışmaların yapıldığı enerji aralıkları ve alanlar şöyle sıralabilir: 2-6 ev: - Zaman çözümlemeli floresans spektroskopisi 5-60 ev: - Luminesans spektroskopisi - Açı çözümlemeli fotoemisyon - Radikal spektroskopisi ev: - X-ışını mikroskopisi - Fotoemisyon spektrometresi - XUV Floresansı - Spin polarize fotoemsiyon - Radikallerin iyon ve elektron spektroskopisi

4 - Atomik demet deneyleri - Saçılma ölçüm deneyleri X-Işını Bölgesi: - X-ışını soğurumu - Polimerlerin küçük açı salınımları - Metallerin küçük açı saçılmaları - Protein kristolografisi - Küçük açı saçılmaları - XAFS spektroskopisi - Topografi - Laue difraksiyonu - Nükleer rezonans sepktroskopisi - Malzeme analizi - Yüzey fiziği deneyleri - İnelastik saçılma anjiyografisi - Spin bağımlı soğurulma deneyleri - Compton spektroskopisi Son yıllarda HASYLAB ta 1.6 GeV lik ve 500 ma lik elektron demeti ile HARWI-wiggler aracılığı ile elde edilen 12.3 kw lık foton demeti kullanılarak geliştirilen KEDSA (K-Edge Digital Substraction coronary Angiography) yöntemini kulanan Koroner Anjiyografi projesi ARI (electron storage RIng for coronary Angiography) geliştirilmiştir [10]. 6. AVRUPA MOLEKÜLER BİYOLOJİ LABORATUVARI (EMBL) Açılımı European Molecular Biology Laboratory olan EMBL, yaklaşık 500 araştırmacının yılda ortalama 350 projeyi tamamladığı, biyolojik numunler üzerinde floresans x-ışını soğurum spektroskopisinin, protein kristalografisinin, küçük açı saçılmaları yöntemlerinin kullanılması ile çok geniş bir alanda araştırmaların yürütüldüğü bir gelişmiş bir biyoloji araştırma laboratuvarıdır [11]. Bu laboratuvar HASYLAB ın bir parçası olarak geliştirilmiştir ve B, K, LW6 ve LW7 demet hatlarını kullanmaktadır. 7. DESY NİN YENİ PROJELERİ 7.1. TeV ENERJİLİ SÜPERİLETKEN LİNEER HIZLANDIRICI TEST DÜZENEĞİ (TTF) Açılımı TeV Energy Superconducting Linear Accelerator (TESLA) Test Facility (TTF) olan bu test düzeneği TESLA hızlandırıcısında kullanılacak teknolojiyi test etmek için ve özellikle süperiletken RF kavite teknolojisini denemek ve geliştirmek için kurulmuş bir lineer hızlandırıcı düzeneğidir [12]. İlk aşamada enerjisi 390 MeV ikinci aşamada ise 1 GeV olarak planlanmıştır. Bu düzenekte kullanılan RF teknolojisi 2000 yılı başlarında hedefe ulaşmış ve planlanan Kendiliğinden Genlik Artımlı Anlık Yayım (SASE) prensibine dayalı 4. jenerasyon ışın kaynağı olan TTF Free Electron Laser (TTF-FEL) çalışmalarının ilk aşaması tamamlanmıştır [13]. TTF yine DESY de kurulacak olan ve süperiletken RF kavitelerin kullanılacağı 33 km lik ve 500 GeV lik kütle merkezi enerjisine sahip olacak olan lineer elektron-pozitron çarpıştırıcısı TESLA nın süperiletken RF kavite teknolojisinin test edilmesi amacıyla kurulmuş bulunan bir lineer elektron hızlandırıcısıdır. Test amacının yanısıra, TTF de çok kısa ve yoğun elektron paketçiklerinden oluşan 1 GeV lik elektron demetinin paketçiklerinin (bunches) bir seri magnet aracılığı ile 2 mm den 50 µ m lik boyutlara indirgenmesi ve sonra salındırıcıdan geçirilerek mm den VUV ye uzanan bölgede ayarlanabilir dalgaboyuna sahip kohorent, çok parlak ve yüksek akılı lazer ışını elde edilmesi planlanmıştır. İlk aşamada 390 MeV lik elektron demeti ile 109 nm lik lazer 2000 yılı içerisinde elde edilmiştir. 1 GeV lik demet kullanarak 6 nm lik lazer hedefine 2002 de ulaşılacaktır. Bu ışın elde edilirken, elektron demeti süperiletken niobyum (Nb) kavitelerde (Şekil 5) hızlandırılmaktadır ve 30 m lik salındırıcı kullanılmaktadır. Elde edilen ışımanın parlaklığı, akısı ve gücü 3. kuşak sinkrotron ışınımına her açıdan üstünlük sağlamakta ve gerek mikro düzeyde araştırma gerekse endüstriyel uygulamalar amacıyla bilim ve teknolojinin hizmetine sunulmaktadır. Elde edilen ışın (lazer) ile araştırma potansiyeli metal fiziğinden spektroskopiye, biyolojik ve kimyasal süreç ve numunelerin araştırılmasından litografiye kadar geniş bir alanı kapsamaktadır. TTF-FEL laboratuvarındaki elektron demeti, salındırıcı ve elde edilen serbest elektron lazerinin parametreleri aşağıda sunulmaktadır. İlk sonuçların alınmış olması TESLA projesi ve bunun bir parçası olan X-FEL projesi için hayati bir dönüm noktası olmuştur. Parametreler aşağıdaki gibidir: Elektron Demeti: Demet enerjisi.. : 1 GeV Bir paketçikteki elektron sayısı : 6, Elektron demetinin pik gücü : 2490 GW Paketçik (bunch) uzunluğu.. : 50 µ m Normalize emittansı...:2.0 π mm mrad Elektron demetinin enerji yayılımı.. : 10 3 Elektron demetinin pik akım değeri. : 2490 A Elektron demetinin β genlik fonksiyon değeri: 3 m Bir atma (puls) içindeki paketçik sayısı : 7200 Bir atma uzunluğu. : 800 µ s Atmaların tekrarlanma sıklığı :10 Hz

5 Salındırıcı: Salındırıcı uzunluğu (L).. : 30 m Salındırıcı kutup dalgaboyu ( λ u ) : 27.3 mm Salındırıcı enine kutup aralığı (g) : 12 mm Salındırıcı pik magnetik alan değeri (B 0 ): T Serbest Elektron Lazeri: Lazerin dalgaboyu : 6 nm Lazerin enerjisi. : 193 ev Bir lazer paketçiğindeki foton sayısı. : Lazerin doymuş gücü : 3 GW Ortalama parlaklık. : TeV ENERJİLİ SÜPERİLETKEN LİNEER HIZLANDIRICI (TESLA) DESY nin ileriye yönelik en büyük projesi 500 GeV kütle merkezi enerjili 33 kilometre uzunluklu doğrusal elektron-pozitron çarpıştıcısı olan TESLA projesini ve buna dayalı X-ışını bölgesinde serbest elektron lazeri üretecek X-FEL laboratuvarını hayata geçirmektir [14, 15]. Bu proje yılları arasında hayata geçirilecektir. Bu büyük projeye ilişkin Technical Design Report (TDR) 2001 yılı Şubat ayında tamamlanmıştır [16]. Kütle merkezi enerjisi 500 ve 800 GeV seçenekleriyle 33 km olarak hedeflenen bu çarpıştırıcının ışınlık değeri ise cm -2 s -1 olarak belirlenmiştir. HERA ringine teğet olarak inşa edilmesi planlanan [Şekil 6] bu çarpıştırcı elektronpozitron, elektron-proton, elektron-çekirdek, proton çekirdek, foton-foton, foton-elektron, foton-proton ve foton-çekirdek çarpışmalarının hepsi için elektron, pozitron ve foton demetlerinin oluşturulmasında kullanılacaktır. Temelde top quark üretimi ve bunun bozunumları ile kütlesi yaklaşık 350 GeV civarında tahmin edilen Higgs parçacığının aranmasında kullanılacaktır. Büyük ortalama demet gücü, çok küçük demet boyutları ve emittans değerine sahip olacak bu lineer hızlandırıcının üstten ve yandan kesit görüntüsü ile tunal içi kesiti sırasıyla Şekil 7 ve 8 de görünmektedir. Hızlandırıcı özel olarak geliştirilen 15 MV/m lik alan gradyenine sahip ve 1.3 GHz lik salınım frekanslı e.m. alan sağlayan süperiletken RF kavite teknolojisini kullanacaktır. Demetler, her biri yaklaşık 1 m boyutunda ve 9 hücreli olan RF kavitelerden sekizerli modüllerce hızlandırılacaktır. Bu hızlandırıcıdan elde edilecek 10 ve 25 GeV lik elektron demetleri özel yapım salındırıcı (undulatör) magnetten geçirilerek X-ışını bölgesinde Serbest Elektron Lazeri üretilecektir. TESLA projesinin bazı önemli parametreleri aşağıda verilmektedir. TESLA Parametreleri: Kütle Merkezi Enerjisi (GeV): Tekrarlanma frekansı (Hz) : 5 3 Atma başına paketçik sayısı : Atma uzunluğu (µs) : Paketçik uzunluğu (ns) : Paketçik yoğunluğu (10 10 e) : Atma akımı (ma) : AC güç, 2 linak (MW) : Normalize emittans(10-6 m)x,y:10,0.03 8,0.01 Beta fonksiyonu (mm)x,y : 15,0.4 15,0.3 Demet boyutları (nm)x,y : 553,5 391,2 Paketçik uzunluğu (mm) : Beamstarhlung dp/p (%) : Işınlık (10 34 cm -2 s -1 ) : TESLA*HERA (THERA) TESLA hızlandırıcısından elde edilecek elektron demeti ile HERA proton demetinin yaklaşık 1 TeV lik kütle merkezi enerjisine sahip olacak şekilde çarpışmasını öngören ve TESLA nın HERA ya teğet yapılmasını gerektiren bu çarpıştırıcı ile elektron-proton, elektron-çekirdek, foton-proton ve foton-çekirdek çarpışmaları ile parçacık fiziğinin özellikle küçük x g ve yüksek Q 2 bölgesinin çalışılması mümkün olacaktır. TESLA Teknik Tasarım Raporunun (TESLA TDR) Ek projeleri açıklayan eklerinin yaklaşık 60 sayfalık 1. kısmında bu projenin detayları açıklanmaktadır [17] PHOTON ÇARPIŞTIRICISI TESLA hızlandırıcısından elde edilen 250 GeV lik elektron ve pozitron demetlerinden Compton geri saçılma yoluyla elde edilecek yaklaşık 200 GeV lik foton demetlerinin kullanılacağı foton-foton çarpıştırıcısı ile temel parçacık fiziğinin bir çok probleminin çözülmesi öngörülmektedir. TESLA Teknik Tasarım Raporunun (TESLA TDR) Ek projeleri açıklayan eklerinin yaklaşık 100 sayfalık 2. kısmında bu projenin detayları açıklanmaktadır [18] ELFE ELFE (European Laboratory For Europa), TESLA hızlandırıcısından elde edilecek GeV lik elektron demetlerinin HERA ya enjeksiyonu ile elde edilecek yarı sürekli elektron demeti ile nükleer fizik başta olmak üzere bir çok sabit hedef deneyinin yapılacağı bir proje olacaktır. TESLA Teknik Tasarım Raporunun (TESLA TDR) Ek projeleri açıklayan eklerinin 3. kısmında bu projenin detayları açıklanmaktadır [19].

6 7.6. TESLA-N TESLA dan elde edilecek başta elektron demeti ile ve daha sonra foton demeti ile HERA da hızlandırılacak başta Karbon, Döteryum, Kurşun, Altın olmak üzere tam iyonize hafif ve ağır çekirdeklerin çarpıştırılması ile maddenin quarkgluon yapısı ve nükleon spin kriz problemlerine ışık tutacak çalışmaları içeren bir araştırma projesidir. TESLA Teknik Tasarım Raporunun (TESLA TDR) Ek projeleri açıklayan eklerinin yaklaşık 4. kısmında bu projenin detayları açıklanmaktadır TESLA X-FEL DESY de kurulacak ve tek yönde 250 GeV lik elektron demetine sahip olacak olan TeV enerjili süperiletken lineer hızlandırıcı TESLA da elektron demeti ilk 10 ve 25 GeV e ulaşınca TESLA tunelinden çıkarılıp uygun salındırıcılardan geçirilerek enerji, akı ve parlaklık olarak dünyadaki en iyi değerlere ulaşılacaktır. Dalgaboyu angström (sert X-ışını) mertebesine ulaşacak olan serbest elektron lazerinin (X-FEL) elde edilmesi planlanmaktadır (~2009). İlk aşamada 2 seçenekli olarak planlanan X- Serbest Elektron Lazeri (X-FEL) projesine ilişkin tüm parametre değerleri aşağıda verilmiştir. 2 opsiyon için elektron demet enerjileri 10 ve 25 GeV dir. Salındırıcı olarak 25 GeV lik opsiyon için 87 m lik düzlemsel salındırıcı önerilmektedir. 25 GeV opsiyonu için parametreler elektron demeti, salındırıcı ve elde edilen lazer için aşağıda verilmiştir. Elektron Demeti: Demet Enerjisi (GeV) : 25 Pik akım (ka) : 5 aketçik uzunluğu ( µ m) : 23 Bir atmadaki paketçik sayısı : Atma tekrarlanma frekansı (Hz): 5 Normalize emittans (π mm mrad): 1 k.o.k. demet yarıçapı ( µ m) : 18 Beta fonksiyon değeri β (m): 15 Enerji yayılımı (MeV). : 3.5 Magnetteki enerji kaybı (MeV): 27 Salındırıcı: Salındırıcı kutup dalgaboyu (cm) : 5 Pik magnetik alan değeri (T) : Salındırıcı parametresi (K) : 4.14 Pik güç değeri (GW) : 65 Ortalama güç (kw)...: 0.8 Pik foton akısı..: Ortalama foton akısı : Pik parlaklık.: Ortalama parlaklık : TESLA X-FEL proje sonucunda ulaşılacak ortalama ve pik parlaklık şiddetinin diğer ışınım jenerasyonlarına göre yeri Şekil 9 da verilmektedir. Salındırıcı magnet kullanılarak SEL demeti elde edilmesi ise sembolik olarak Şekil 10 da gösterilmiştir. Şekil 11, 12 ve 13 ise sırasıyla elde edilecek ışınımlar için foton akısı, ortalama parlaklık ve pik parlaklık değerleri açısından TTF FEL ve TESLA X-FEL projelerinin yerlerinin özellikle 3. Nesil ışınım kaynakları BESSY II, ESRF, ALS ve APS karşısında ne kadar öne çıktığını açıkca göstermektedir. Ulaşılacak sonuçların bilimsel araştırmaları derinlik ve hassasiyet açısından mikro dünyanın derinliklerine taşıyacağı açıktır. 8. SONUÇ DESY örneğide açıkça göstermektedirki parçacık hızlandırıcıları 20. Yüzyılda olduğu gibi 21. yüzyılın da jenerik teknolojilerinden olmaya devam edecek ve gelişen teknoloji ile paralel olarak hızlandırıcıların geliştirilerek araştırmacıların hizmetine sunulması önümüzdeki 10 yıllarda şimdiden hayal bile edilemeyecek başdöndürücü teknolojik gelişmelerde kilit rol oynayacaktır. Mühendisliğin, endüstriyel ürünlerin ve teknolojinin her unsurunu kullanan bu aygıtlara sahip olmak genel olarak ulusal kapasiteyi her zaman aşmakta ve gerçekten çok uluslu bir ortaklığı gündeme getirmektedir. Böyle bir ortaklığın üyesi olmak ise her şeyden önce bu sihirli aygıtları algılamak ve bunların önemine inanmakla mümkün olabilecektir. Aksi durumda ülkemizde de açıkça yaşandığı gibi bu tür teknolojik uygulamaların ve araştırmaların gerisinde kalmak doğru orantılı bir şekilde geri kalmışlığı, fakirliği ve ulus olarak bir çok alanda tamamen dışa bağımlılığı beraberinde getirecektir. Ülkemiz süratle CERN ve DESY v.b. merkezlerle kurduğu temasları resmi işbirliğine dönüştürmeli ve Ulusal Hızlandırıcı Merkezini kurmak üzere harakete geçmelidir. X-Fel: Dalgaboyu (Angström) : 1

7 Şekil 3. HASYLAB ın şematik planı Şekil 1. DESY deki Hızlandırıcıların görünümü Şekil 2. DESY hızlandırıcıları ile çalışılan boyutlar Şekil 4. DORIS ve PETRA ışınımlarının enerjiparlaklık dağılımı

8 Şekil 7. TESLA hızlandırıcısının üstten ve yandan plan görüntüsü Şekil 5. Süperiletken Niobyum RF kavite Şekil 8. TESLA tunelinin kesit görüntüsü Şekil 9. TESLA X-FEL in diğer ışınımlara göre konumu Şekil 6. TESLA nın HERA ya teğet konumu

9 Şekil 10. SEL in elde edilişinin şematik görünümü Şekil 12. DESY projelerinin ortalama parlaklıkenerji dağılımına göre yerleri Şekil 11. Foton yoğunluğu açısından değişik SI ve SEL projelerinin dağılımı Şekil 13. DESY projelerinin ortalama parlaklıkenerji dağılımına göre yerleri

10 KAYNAKÇA [1]. [2]. DESY 98: Highlights from DESY Research Center, Eds: H. Becker and P. Folkerts, ISSN: (1998). [3]. HERA: The Challenge, Ed. P. Harms, DESY, Hamburg, Germany (1995). [4]. [5]. [6]. [7]. [8]. [9]. HASYLAB Annual Report 1999, Vol. I, Eds: G. Materlik, J.R. Schneider, H. Schulte-Schrepping, H. Franz, DESY, Hamburg, Germany (1999). [10]. F. Brinker et al. Feasibility Study of an Electron Storage Ring for Coronary Angiography, DESY M 00-01, May [11]. HASYLAB Annual Report 1999, Vol II, Eds: H. Bartunik, V. Lamzin, M. Wilmanns, H. Schulte-Schrepping, DESY (1999). [12]. Aberg, T et al. A VUV Free Electron Laser at the TESLA Test Facility at DESY, Conceptual Design Report, TESLA-FEL 95-03, DESY (1995). [13]. [14]. [15]. Conceptual Design of a 500 GeV e + e - Linear Collider with Integrated X-ray Laser Facility, Vulume I, II, Eds: R. Brinkmann, G. Materlik, J. Rossbach and A. Wagner, DESY , ECFA , DESY (1997). [16]. [17]. [18]. [19]. [20].