Doğrusal Hızlandırıcılar İle Düşük Enerjilerde Protonların ve İyonların Hızlandırılması. Veli Yıldız Mayıs 2012

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Doğrusal Hızlandırıcılar İle Düşük Enerjilerde Protonların ve İyonların Hızlandırılması. Veli Yıldız Mayıs 2012"

Mehmet Cevdet
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Doğrusal Hızlandırıcılar İle Düşük Enerjilerde Protonların ve İyonların Hızlandırılması Veli Yıldız Mayıs 2012

2 İçerik Düşük enerjilerde elektron ve proton hızlandırma arasındaki fark, Doğru Akım Hızlandırıcıları, Wideröe nün Doğrusal Hızlandırıcısı, Boyuna Demet Dinamiği, Alvarez DTL, RFQ (Radio Frequency Quadrupole),

3 Hızlandırıcılar Elektrik alanda parçacıkların hızlarını arttırıyoruz. Odaklama ve bükme için manyetik alan kullanıyoruz. F= q(vxb + E)

4 Odaklama Dört kutuplu magnetler F= qvxb 1952

5 Düşük Enerjilerde Elektron ve Proton Hızlandırma arasındaki Fark Doğrusal hızlandırıcılarda, hızlandırıcı yapıları parçacıkların hızlarına göre tasarlanır.

6 Düşük Enerjilerde Elektron ve Proton Hızlandırma arasındaki Fark me: 0.5MeV/c^2 mp: 938MeV/c^2 Proton ve elektronların kaynaktan çıkış hızlarını inceleyelim: Proton kaynağı çıkış enerjisi : 45 kev (Linac4) Elektron kaynağı çıkış enerjisi : 140keV (CLIC) βp ~ 0.01 (45 kev için) βe ~ 0.62 (140 kev için) Protonların bu hıza ulaşması için kinetik enerjilerinin yaklaşık 260MeV olması gerek

7 Doğru Akım Hızlandırıcıları Değişken elektrik alan kullanmayan hızlandırıcılar. Düşük enerjilerde kullanılırlar. Yüksek enerjili hızlandırıcı birimlerine enjeksiyon için kullanılırlar.

8 Van de Graaff hızlandırıcısı

9 Cockroft-Walton Hızlandırıcısı

10 Cockroft-Walton A D C B C F E A B C D E F C C D E F C B A

11 Doğru akım hızlandırıcısı ile enjeksiyon Sürekli demet Bohçalı demet

12 Wideröe nün Hızlandırıcısı 1927 Değişken (alternatif) elektrik alan ile çalışan ilk hızlandırıcı.

13 Wideröe nün hızlandırıcısı- Boyuna Demet Dinamıği B boşluğundaki Elektrik alanın zamana göre değişimi Hızlandırma boşluğuna parçacıkların hepsi aynı anda mı ulaşsın?

14 1. hızlandırma boşluğundaki Elektrik alanın zamana göre değişimi 5 parçacığı öyle bir yere yerleştirelim Hangi RF ki fazını eş parçacıkların hızları 1. hızlandırma zamanlı boşlupundan faz olark sonra hemen hemen aynı olsun? seçeceğim? RF Fazı ile boyuna eksene odaklama (phase focusing).

15 Alvarez DTL Çalışma prensibi Wideröe hızlandırıcısı ile aynı fakat üreteç sürüklenme tüplerine bağlı değil. Van de Graaff tan 4MeV lik protonları alıp 31,5MeV e kadar hızlandırdı. Giriş akımı = 1.5mA, çıkış akımı = 0.25 µa, İletim verimi = % (çok kayıp var)

açıklıklar elektrik alan çizgilerinin kıvrımlı olmasına sebep

16 RF Kovuklarında Enine Odaklama ve Dağıtma Hızlandırma boşluklarının iki tarafında bulunan (demet borusu için) açıklıklar elektrik alan çizgilerinin kıvrımlı olmasına sebep oluyor. Boşluğun ilk yarısı enine eksende odaklayıcı, ikinci yarısı dağıtıcı etki yapıyor.

17 Kullanıcılardan Daha Kaliteli Demet Talebi Zamanla hızlandırıcılardan yüksek akımlı, yatay eksende daha küçük ara kesitli, az dağılan (less divergent) demet talep edilmeye başlandı. Kayıp az olursa akım daha yüksek olur (daha iyi odaklamak gerek). Odaklama iyi olursa daha küçük alana sıkışmış, daha az dağılan bir demet elde ederiz den sonra DTL içinde dört kutuplu magnetler ile odaklama yapılmaya başlandı. Manyetik alan ile düşük enerjilerde iyi odaklama yapmak mümkün değil. F= qvxb Yüksek enjeksiyon enerjileri ile bu sorun çözülebilir. (Van de Graaff 4 MeV) Van de Graaff tan yüksek akımlı demet elde edilemiyor. Yüksek akım sorunu Cockcroft-Walton hızlandırıcısı ile çözülbilir (200mA).

18 Cockcroft-Walton + Bohçalayıcı + DTL Yüksek akım, düşük hız yetersiz odaklama Hızlı bohçalama bohça içinde akımı birden arttırıyor ( uzay yükü etkisi sebebi ile enine eksende dağılma). Bir süre ihtiyaçları karşıladı. CERN Linac2: 750 kev Cockcroft-Walton + 3 Bohçalama kovuğu + DTL ma demet akımı Düşük enerjilerdeki zayıf odaklama ve yüksek akım sebebi ile enine emitans 2.5 kat büyüyordu.

20 Yeni Tasarımlar Gerek! Yüksek akımlı ve düşük emitansa sahip demet talebini karşılamak için düşük enerjilerde daha verimli bir odaklama ve hızlandırma için yeni bir tasarıma ihtiyaç vardı. Odaklama için, uyguladığı kuvvet hızdan bağımsız olan elektrik alan üzerinde yoğunlaşıldı.

21 Elektrik Alanla Odaklama

22 Değişik Fikirler Ortaya Çıktı Sürüklenme tüplerinin başına ve sonuna (yatay ve dikey eksende) bir sonraki veya bir önceki sürüklenme tüpüne bakan ikişer tane elektrot koyup hem hızlandırma hem odaklama yapma fikri. Bu fikir sonradan geliştirilmiş. Şu anda ticari amaçlı hızlandırıcı üreten bir firmanın ürettiği Radio frequency Focused Interdigital (RFI) Linac isimli bir hızlandırıcı elektrik alanla odaklama yapıyor. (Ayrıntılı Bilgi:

23 Değişik Fikirler Elektrik Dörtkutuplusunu sadece odaklama için kullanmak. Bu yöntem halen kütle spektroskopisinde kullanılıyor. =8AQaFdI1Yow =WbX27Gg5ziU&feature=related

24 RFQ 1969 da Kapchincsky & Teplyakov (K-T) bir makale yayınladılar. Makalede, RF dörtkutuplusunu iyonların hem hızlandırılması hem de odaklanması fikrini sundular. Fikir, RF dörtkutuplusunun elektrotlarının geometrisini değiştirerek (odaklama özelliğini kaybetmeden) boyuna eksende hızlandırma için elektrik alan elde etmekti.

25 RFQ Odaklıyor, Sürekli demeti (çok etkili bir şekilde) bohçalı hale getiriyor (adiabatic bunching), Hızlandırıyor. RFQ sayesinde yüksek akımlı ve düşük emitanslı (iyon ve proton) demet sorunu çözülmüş oldu.

26 RFQ Çeşitleri

27 Elektrotların Geometrisi Linac4 RFQ sunun derinlik faktörünün Uzunluğa göre değişimi.

28 Elektrik Alan Hızlanme ve Odaklama

30 Wideröe Doğrusal Hızlandırıcı Benzetmesi

31 Biraz Tarih 1969 da Kapchincsky & Teplyakov nin makalesi. İlk deneysel test 1974 te Rusya da yapıldı. Protonları 100keV den 620keV e hızlandırdı. Giriş akımı: 189mA, çıkış akımı 100mA, % 53 iletim verimi. Rusya dışında bilim insanlarının RFQ hızlandırıcısı üzerinde çalışmaya başlaması biraz zaman aldı. İlk olarak (Rusya dışında) 1978 de Los Alamos ta çalışmaya başlandı de protonları 100keV den 640keV e hızlandırdı. Giriş akımı: 30mA, çıkış akımı 26mA, % 87 iletim verimi.

32 CERN RFQları Linac ( PS50/Document_draft/PS50_Linac1.pdf) 1983 te RFQ1 (520keV) Cockcroft-Walton hızlandırıcısının yerini aldı. Linac ? ( PS50/Document_draft/PS50_Linac2-v2(KH).pdf) 1993 te RFQ2 (750keV) Cockcroft Walton hızlandırıcısını yerini aldı. Linac ? ( PS50/Document_draft/Linac3v2.pdf) Linac3 RFQsu kurşun27 iyonlarını 2.5keV den 250keV e hızlandırıyor. Linac4 ~2015 -? ( Linac4 RFQ su H- iyonlarını 45keV den 3MeV e hızlandıracak.

33 Linac4 RFQ su

Benzer belgeler

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 04.02.2016

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 04.02.2016 Hızlandırıcı Fiziği-2 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 04.02.2016 1 İçerik Hızlı bir tekrar. Doğrusal hızlandırıcılar Doğrusal hızlandırıcılarda kullanılan bazı yapılar. Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma