ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU"

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU Özlem KARSLI FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 006 Her hakkı saklıdır

2 Prof. Dr. Ömer YAVAŞ danışmanlığında, Özlem KARSLI tarafından hazırlanan bu çalışma 17/07/006 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği ile Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı nda Yüksek Lisans Tezi olarak kabul edilmiştir. Başkan : Prof.Dr. Ergün KASAP Gazi Üniversitesi Fizik Bölümü Üye : Prof.Dr Ali Ulvi YILMAZER Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü Üye : Prof.Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tezin Adı: Hızlandırıcılara Dayalı Kızıl Ötesi Serbest Elektron Lazeri (IR-FEL) Optimizasyonu Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü

3 ÖZET Yüksek Lisans Tezi HIZLANDIRICILARA DAYALI KIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ (IR-FEL) OPTİMİZASYONU Özlem KARSLI Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof.Dr. Ömer YAVAŞ Bu çalışmada, Türk Hızlandırıcı Merkezi projesinde test laboratuvarı olarak önerilen kızılötesi serbest elektron lazeri (IR FEL) için 0, 40 ve 50 MeV enerjili lineer elektron hızlandırıcısı göz önünde bulundurularak gereken optimizasyon yapılmış, elde edilen ışınımın özellikleri belirlenerek bu ışınımın biyoteknoloji, yarıiletkenler, fotokimya ve nanoteknoloji gibi dört temel çalışma alanındaki uygulamaları incelenmiştir. Çalışmada öncelikle; 0, 40 ve 50 MeV enerjili elektron demetleri için optik kavitenin özellikleri belirlenmiştir. Optik kavite tasarımı yapılan sistemde; elde edilecek olan ışınımın enerjisi, gücü, akısı ve parlaklığı gibi fiziksel özellikleri gerekli hesaplama ve grafiklerle belirlenmiştir. Sonuçlar benzer laboratuvarların verileri ile karşılaştırılarak uygunluğu değerlendirilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, elde edilecek olan ışınımın uygulama alanları tespit edilmiş ve benzer laboratuvarların (Osaka ifel, Tokyo FEL-SUT, ABD MARK III, Fransa CLIO) kullanıcı laboratuvarlarındaki uygulama alanları araştırılmıştır. TAC IR-SEL laboratuvarında elde edilecek ışınımın atma yapısının belirlenmesi için, söz konusu laboratuvarlardaki uygulama alanlarında kullanılan ışınımın atma yapılarına uygun atma yapıları belirlenmiş ve ışınımın atma yapısını elektron demetinin atma yapısı belirlediğinden; lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demetinin atma yapısı belirlenmeye çalışılmıştır. TAC IR-SEL laboratuvarı hayata geçirilirken özellikle teknik şartname aşamasında bu tezde ulaşılan parametreler ve saptanmış uygulama alanları baz alınacaktır. 006, 99 sayfa Anahtar Kelimeler: Parçacık hızlandırıcıları, linak, kızıl ötesi serbest elektron lazeri, salındırıcı magnet, optik rezonatör. i

4 ABSTRACT Master Thesis THE OPTIMIZATION OF ACCELERATOR BASED INFRARED FREE ELECTRON LASERS (IR-FEL) Özlem KARSLI Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Engineering Supervisor: Prof.Dr. Ömer YAVAŞ In this study, an oscillator IR-FEL optimization which was proposed as a test facility in Turkic Accelerator Center Project was studied that was taken into consideration 0, 40 and 50 MeV linear electron accelerators. The main parameters of the laser, and the possible applications in biotechnology, semiconductors, photochemistry and nanotechnology were determined. First of all; optical cavity parameters were studied for 0, 40 and 50 MeV electron beam. The main parameters of the laser beam such as energy, power, flux, brightness and their graphics were determined in this optical cavity system. The results were compared with IR- FEL laboratories in the similar electron beam energy range. Finally, the possible applications and the basic and applied research in Osaka ifel, Tokyo FEL-SUT, USA MARK III, France CLIO IR-FEL laboratories were researched and the pulse structures of TAC IR-FEL laser beam were determined. As the pulse structures of the laser beam depends on the pulse structures of the electron beam; the electron beam structure obtained by linear electron accelerators was studied. When TAC IR-FEL laboratory is set up, the parameters and applied researches determined in this thesis will be used at the time of writing technical specifications. 006, 99 pages Key Words: Particle accelerators, linac, infrared free electron laser, undulator magnet, optical cavity. ii

5 ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR Çalışmanın faydalı olması dileğiyle, araştırmalarımın her aşamasında yaptığı önerilerle bilimsel alandaki rehberliğinin yanısıra insani ilişkilerde de gelişmeme katkıda bulunan danışmanım sayın hocam Prof. Dr. Ömer YAVAŞ a, yüksek lisansa başlamam konusundaki teşvik ve desteğinden dolayı Jandarma Kriminal Daire Başkanlığı Doküman İnceleme Şube Müdürü Salih SALA ya, yardımlarından dolayı sevgili dostum Öznur METE ye ve çalışmalarım süresince pekçok fedakarlık göstererek desteğini esirgemeyen sevgili aileme çok teşekkür ederim. Bu tez çalışması, Türk Hızlandırıcı Merkezi Teknik Tasarımı ve Test Laboratuvarları (DPT006K-10470) konulu proje tarafından desteklenmiştir. Özlem KARSLI Ankara, Temmuz 006 iii

6 İÇİNDEKİLER ÖZET...i ABSTRACT...ii ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR...iii ŞEKİLLER DİZİNİ...vi ÇİZELGELER DİZİNİ...viii 1. GİRİŞ...1. KURAMSAL TEMELLER Giriş...3. Serbest Elektron Lazeri (SEL) SEL de enerji aktarımı için gereken şartlar SEL de elektronların hareket denklemi SEL kazanç mekanizması Düşük kazanç yaklaşımı Madey teoremi SEL Düşük kazanç yaklaşımında uygulanan modeller Kazanç düzeltme faktörleri Elektron demetinin zamansal yapısı....8 SEL in zaman yapısı Osilator serbest elektron lazerler Optik kavite Salındırıcı magnet Salındırıcı magnet alanı Salındırıcı magnet içerisinde hareket denklemi Osilator SEL in ana parametreleri Dalgaboyu Enerji ve güç Akı, parlaklık, aydınlık Ayarlanabilirlik Monokromatiklik Koherentlik (zamansal, uzaysal) Kutuplanma MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Yöntem BULGULAR , 40 ve 50 MeV enerjili linaka dayalı kızılötesi infrared SEL optimizasyonu Dünyadaki IR-SEL Laboratuvarları DIAMOND IR-FEL Projesi (İngiltere) Moleküler mühendislik Infrared ultra-mikroskopi Malzeme (katıhal) fiziği Yüzey kimyası.. 68

7 4.. ifel IR-SEL Laboratuvarı (Osaka Üniversitesi, Japonya) Duke Üniversitesi MARK III IR-SEL Laboratuvarı (ABD) CLIO IR-SEL Laboratuvarı (Orsay, Fransa) TAC IR-SEL kullanım alanları Biyoteknoloji Kolesterol esterlerin seçilerek kaldırılması Diş çürümesini engelleyen yüzey modifikasyonu Yarıiletkenler ve kuantum kuyuları Fotokimya Mod seçici kimya İzotop ayrımı FT/IR Spektroskopisi ile bağlantılı mikro-ışınlama IR Nanosaniye zaman kararlı spektroskopi IR Yakın alan tarama mikroskobu Nanoteknoloji TARTIŞMA VE SONUÇ...85 KAYNAKLAR...9 ÖZGEÇMİŞ...96

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil.1 Şekil.: Şekil.3: Şekil.4 Şekil.5.a. Şekil.6 Şekil.7 Şekil.8 Klasik lazer ile SEL in karşılaştırılması. Lazerde enerji haznesi olarak kullanılan ortamın yerini SEL de serbest elektron demeti almıştır...7 Salındırıcı magnet içindeki lazer alanı ve salınan elektron demeti arasındaki faz şartı...8 SEL alanındaki elektron hareketi. Lazer dalgasına göre faz kayması yatay eksen boyunca çizilmiştir, ve rezonans enerjisinden enerji farkı dikey olarak çizilmiştir. İki farklı elektron hareketi çizilmiş ve sarkaç benzeri hareket gösterilmiştir...13 SEL kazanç eğrisi..16 Madey teoreminin gösterimi, b. SEL in düşük kazanç eğrisi sabit bir λ dalga boyunda salındırıcı magnet ışımasının yoğunluk fonksiyonunun türevi alınarak elde edilir..17 Rayleigh uzunluğunun şematik gösterimi.1 Optik kavite ile SEL osilatör.7 Değişen polaritede kısa eğici magnetlerin periyodik olarak sıralanmasından oluşan zigzaglayıcı ya da salındırıcı magnet. 30 Zigzaglayıcı/salındırıcı magnet içerisindeki parçacık yörüngesi..3 Yörünge üzerindeki parçacık hızının izdüşümü 33 Şekil.9 Şekil.10 Şekil.11.a. Lineer yatay kutuplanma, b. Dairesel kutuplanma...41 Şekil 4.1 Tasarımı yapılan TAC IR-SEL laboratuvarının şematik görünümü. 43 Şekil 4..a IR-SEL, b. DIAMOND laboratuvarları için hesaplanan ışınımın spot genişlikleri Şekil 4.3 Kontrol parametresine göre aynalardaki eğrilik yarıçaplarının değişimi...46 Şekil 4.4.a. Salındırıcı magnet kesiti, b. IR-FEL tasarımında kullanılan magnetin manyetik alanının magnet geometrisine bağımlılığı Şekil 4.5a. IR-SEL için -5 mikron dalgaboyu aralığında her dalgaboyu değerine karşılık gelen salındırıcı magnet gap ve kuvvet parametresi değerleri 0, 30, 40 ve 50 MeV enerji değerleri için kuvvet parametresi 0.8 K 1.5 değerleri arasında değiştirilerek hesaplanmıştır...48 Şekil 4.6 DIAMOND laboratuvarları için mikron dalgaboyu aralığında hesaplanan salındırıcı magnet gap ve kuvvet parametresi değerleri.49 Şekil 4.7 Salındırıcı magnetten yayılan sinkrotron ışımasının geometrisi...50 Şekil 4.8 E=0 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği...51 Şekil 4.9 E=40 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği...51 Şekil 4.10 E=50 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği...5 Şekil 4.11 a. SEL kavite içi doyum parlaklığının foton enerjsine karşı değimi, b. SEL pik parlaklığının foton enerjisine göre değişimi...53 Şekil 4.1 SEL parlaklığının foton enerjsine karşı değiminin logaritmik gösterimi...54 vi

9 Şekil 4.13 Şekil 4.14 Şekil 4.15 Şekil 4.16 Şekil 4.17 Şekil 4.18 Şekil 4.19 Şekil 4.0 Şekil 4.1 Şekil 4. Şekil 4.3 IR-SEL laboratuvarı için dalgaboyuna göre kazanç (%) grafiği (0.8 K 1.5 )...55 DIAMOND laboratuvarı dalgaboyuna göre kazanç (%) grafiği...55 Maksimum kazanç ve kazanç parametresi grafiği...56 IR-FEL laboratuvarında elde edilen ışınım demeti için belirlenen kazanç (%) değerlerinin kavite ayar prametresine göre değişimi.57 Elde edilen ışınımın kavite ayar parametresine göre çıkış gücü Atmalı ve sürekli dalgalarda bakır ve süperiletken rf linakların gradyent limitleri...60 IR-FEL tasarımında ışınım demetinin zaman yapısı...66 İngiltere Güney Oxfordshire Harwell Chilton Bilim Kampüsündeki DIAMOND Laboratuvarının şematik görünümü 67 Osaka Üniversitesi ifel Laboratuvarının şematik görünümü.70 Duke Üniversitesi Mark III IR-FEL Laboratuvarının genel görünümü 71 Fransa Orsay deki CLIO IR-FEL Laboratuvarının genel görünümü 73 Şekil 4.4 Işınlanmadan sonra kolesterol esterlerin ve albumin hücrelerinin görünüşü.77 Şekil 4.5 Işınlanan ve ışınlanmayan diş yüzeyinin soğurma spektrumu...78 Şekil 4.6 FEL verimliliğinin araştırılması...78 Şekil 4.7 Kuantum kuyularına pump-probe tekniği ile sırasıyla 9. ve 1.5 µm dalga boylarında renkli serbest elektron lazer ile uygulanan optik pompalamanın şeması...79 Şekil 4.8 a. İzotop ayrım sistem cihazı, b. Deney çıktısı...81 Şekil 4.9 Nanosaniye zaman kararlı IR spektroskopisinin deney düzenek yapısı...8 Şekil 4.30 Yakın alan tarama mikroskobu Şekil 4.31 CLIO FEL de elde edilen SFG (Sum Frequency Generation) spektrumları, potansiyelin bir fonksiyonu olarak Au(111) in soğurduğu 4-cyanopyridine yönelme çalışması...84 vii

10 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 4.1 Çizelge 4. Çizelge 4.3 Çizelge 4.4 Çizelge 4.5 Çizelge 4.6 Çizelge 4.7 Çizelge 4.8 Çizelge 4.9 IR-SEL laboratuvarının elektron demet parametreleri...6 IR-SEL laboratuvarının salındırıcı magnet parametreleri...6 IR-SEL laboratuvarının optik kavite parametreleri MARK III'ün elektron demetinin zaman yapısı...64 ifel için elektron demetinin zaman yapısı..64 Vanderbilt Universitesi SEL Laboratuvarında elektron demetinin zaman yapısı...64 IR-SEL laboratuvarı için elektron demetinin zaman yapısı..65 Dünyadaki IR-SEL laboratuvarlarının ana parametreleri.74 Dünyadaki IR-SEL laboratuvarları...74 vii

11 1. GİRİŞ Fizibilite ve içerik tasarım çalışmaları 1997 den bu yana sürdürülen Türk Hızlandırıcı Merkezi Projesi (Yavaş vd. 000, 001, 00, 004, 005) 006 yılı başından itibaren onaylanan ve 9 üniversiteden 84 araştırmacının yer aldığı YUUP projesi ile yeni bir aşamaya gelmiştir. Projenin 3. aşaması olarak kabul edilen ve yılları arasını kapsayan YUUP projesinin iki önemli sonucu vardır: a) Türk Hızlandırıcı Merkezinin teknik tasarımını yapmak. b) Test laboratuvarı olarak planlanan osilatör SEL (IR-FEL) laboratuvarını kurarak (TAC IR-SEL) elde edilen lazerlerin AR-GE amaçlı olarak kullanımını sağlamak. Bu tez çalışmasında osilatör modda Serbest Elektron Lazeri (SEL) üretimi ele alınmış, fiziği tartışılmış, TAC IR-SEL laboratuvarı için parametre optimizasyonu yapılmış, yapılan optimizasyon sonucu elde edilen parametreler ve planlanan kullanım alanları dünyadaki benzer laboratuvarlarla karşılaştırılarak sonuçlar tartışılmıştır. Elektron demetlerinin çok kutuplu salındırıcı (salındırıcı magnet) magnetlerden geçirilmesi yoluyla elde edilen Serbest Elektron Lazeri (SEL) 1977 den beri yalnızca Serbest Elektron Lazerlerin fiziği ve elektron/foton etkileşmelerini test etmekle kalmamış aynı zamanda bilimsel araştırmalarda da kullanılmıştır. Dünyada halen DC ve RF lineer hızlandırıcıları ile depolama halkalarını elektron kaynakları olarak kullanan 30 kadar osilatör SEL milimetreden ultraviyole bölgesine kadar olan spektrum aralığında çalışır durumdadır. Bu kaynakların gelişmesini sağlayan karakteristikler, istenilen ölçüde yüksek pik ve ortalama güç, yüksek mikropuls enerjileri, dalga boyu ayarlanabilirliği, zamanlama esnekliği ve bilinen lazer kaynaklarında mevcut olmayan dalga boylarına erişilebilmesidir. Serbest elektron lazerleri temel ve uygulamalı bilimlerde araştırmanın yanı sıra tıp, biyoloji, katı hal araştırmaları, atomik ve moleküler fizik, lineer olmayan alan etkileri, yüzey bilimi, polimer bilimi, yarıiletkenler, fotokimya ve daha birçok alanda uygulama alanına sahiptir (Wilson 001). 1

12 Serbest elektron lazerleri, serbest elektronlardan doğrudan fotonların üretildiği bir kazanç ortamı yani optik bir sistem içermektedir. Bu optik sistemde kazanç oluşturmak için; değişik tip hızlandırıcılardan elde edilen elektron demetleri kullanılmaktadır. Elektron hızlandırıcıları günümüzde çok küçük yayınım değerlerine sahip kaliteli elektron demetleri sağlayabilmektedirler. SEL in kalitesi elektron demetinin kalitesi ve hızlandırıcı tasarımının detayları ile çok yakından ilişkilidir. Gerçekten, SEL in ana kalite göstergesi doğrudan hızlandırıcıdan alınan demetin parlaklığına dayanmaktadır. Aynı zamanda SEL çıkışı elektron kaynağının geçici karakteristiklerini büyük ölçüde taşır öyle ki SEL in ana karakteristikleri hızlandırıcı teknolojisinin seçeneklerini etkilemektedir (Neil 003). Bu çalışmada, Türk Hızlandırıcı Merkezi projesinde test laboratuvarı olarak önerilen (Türk Hızlandırıcı Merkezi Fizibilite Raporu 000, 001, 006) kızılötesi serbest elektron lazeri (IR FEL) için 0, 40 ve 50 MeV enerjili lineer hızlandırıcı dikkate alınarak gerekli optimizasyon yapılmış, elde edilen ışınımın özellikleri belirlenerek bu ışınımın biyoteknoloji, yarıiletkenler, fotokimya ve nanoteknoloji gibi dört temel çalışma alanındaki kullanım potansiyeli incelenmiştir. Osilator SEL ler, optik kavite içerisine yerleştirilmiş salındırıcı magnetten geçen paketçikli elektron demeti ile optik alanın etkileşmesi sonucu koherent ışınım elde edilmesi prensibine dayanmaktadır. Bu çalışmada Osilator SEL tasarımı yapmak amacıyla; ilk aşamada 0, 40 ve 50 MeV enerjili elektron demetlerinden elde edilecek olan ışınımın tuzaklanmasında kullanılacak olan optik kavitenin özellikleri belirlenmiştir. Sistemde kullanılan optik kavitenin özelliklerini belirlemek üzere, optik kavitenin boyu, kavite içerisinde bulunan salındırıcı magnetin periyod uzunluğu ve kutup sayısı ile ışınımın tuzaklanmasında kullanılacak olan aynaların özellikleri ve eğrilik yarıçapları benzer laboratuvarlar ile karşılaştırılmak suretiyle tasarlanmıştır. İkinci aşamada optik kavite tasarımı yapılan Osilator SEL sisteminde; elde edilecek olan ışınımın enerjisi, gücü, akısı ve parlaklığı gibi fiziksel özelliklerinin araştırılması

13 için gerekli olan hesaplamalar ve grafikler üzerinde çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlar benzer laboratuvarların verileri ile karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son aşamasında, endüstride kullanılabilmesi amacıyla, elde edilecek olan ışınımın uygulama alanları tespit edilmiştir. Bu amaçla benzer laboratuvarların (Osaka ifel, Tokyo FEL-SUT, ABD MARK III, Fransa CLIO) kullanıcı laboratuvarlarında biyoteknoloji, yarıiletkenler, fotokimya ve nanoteknoloji gibi dört temel alanda yapılan uygulamalar ve çalışmalar araştırılmıştır. Söz konusu uygulama ve çalışmalarda kullanılan SEL ışınımının dalga boyları ve atma yapıları araştırılarak lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demetinin atma yapısı belirlenmeye çalışılmıştır. 3

14 . KURAMSAL TEMELLER.1 Giriş Dünyada mevcut bulunan 1 GeV in üzerinde enerjiye sahip hızlandırıcıların sadece üçte biri parçacık fiziği araştırmaları için kullanılırken diğerleri sinkrotron ışınımı (SI) kaynağı olarak kullanılmaktadır. Radyoterapi, biyomedikal araştırmalar, ve izotop üretimi gibi medikal amaçlar için kullanılan daha düşük enerjili 5000 den fazla hızlandırıcı bulunmaktadır. Aynı sayıda hızlandırıcı da iyon aşılayıcı olarak ve yüzey düzeltmeleri için endüstride kullanılmaktadır. Gerçekte dünyadaki hızlandırıcıların 99% undan fazlası parçacık fiziği disiplininin dışındaki kullanımlar için kurulmuştur. Sinkrotron Işınımının ilk olarak 1945 te tesadüfen gözlemlenmesinden bu zamana, bilimsel kullanımında çok hızlı bir gelişme kaydedilmiştir lerde dairesel elektron sinkrotronları kullanılmaya başlanmış, 1968 de bunların yerini daha üstün özelliklere sahip olan elektron depolama halkaları almıştır. Depolama halkası kaynakları üç nesil olarak gelişmiştir. Birinci nesil halkaların tamamı yüksek enerji fiziği araştırmaları için yapılmıştır. İkinci nesil ışınım kaynakları ise doğrudan ışınım kaynakları olarak yapılmıştır. Üçüncü nesil halkalar ise 199 den beri daha düşük demet yayınımına (emittans) sahip elektron demetleri ve çok kutuplu salındırıcı (undulator) ve zigzaglayıcı (wiggler) magnetler içermektedir. Üçüncü nesil ışınım kaynaklarındaki salındırıcı magnetler ile eğici magnetlerden elde edilen ışınımdan gücü 10 4 kat daha fazla ışınım sağlanmaktadır. Halen 14 ülkede tüm nesillerden sinkrotron ışınım kaynağı olarak yaklaşık 40 adet çalışan halka bulunmakta olup bunların 10 tanesi üçüncü nesil ışınım kaynağıdır. Bu ışınımın karakteristiği geliştikçe bilimsel alanda ihtiyaç duyulan ve özellikle X ışınları için gerekli olan daha parlak ve lazer gibi koherent bir ışınım elde edilecektir. Ulaşılan perfomans düzeyi arttıkça dördüncü nesil ışınım kaynakları için hedeflenen parlaklık, koherentlik ya da atma süresinin kısalığı gibi önemli parametrelerin değerinde önceki nesil ışınım kaynaklarına göre daha iyi neticeler elde edilecektir. VUV (vakum ultraviyole) ve sert X ışını spektral bölgesindeki dördüncü nesil kaynaklar, üçüncü nesil ışınım kaynaklarındaki yayınım değerinden bile daha 4

15 düşük yayınım (<0 nm rad) değeri ve koherentliğin tam aktarıldığı pikosaniye altı atmalara sahip Serbest Elektron Lazerleridir (SEL) (Winick 1998) lerin başından 1970 lerin başlarına kadar dairesel elektron kaynakları yüksek enerji fiziği araştırmaları için geliştirilmiş SI kaynakları olarak kullanılmıştır. Bunlar sıfırıncı nesil SI kaynaklarıdır. Sıfırıncı nesil SI ışınımı şiddetli olmasına rağmen, dolanımdan dolanıma yaptığı dalgalanmalarla spektral aralığında ve şiddetinde farklılıklar göstermekte ve her bir turda ışınımın kaynak noktasında değişiklikler meydana gelmektedir. Depolama halkalarında yüksek enerji fiziğinin gelişimi ile birlikte SI nın spektrumu ve kaynak noktası sabit hale getirilmiş ve uzun süreli demet ömrü elde edilebilmiştir. Bunlar birinci nesil SI kaynaklarıdır. Bu halkalardan elde edilen daha üstün özellikli ışınım SI nın ileri aşamada daha hızlı bir büyüme göstermesine yol açmıştır. Birinci nesil ışınım kaynaklarında eğici magnetlerden elde edilen ışınım mevcut ışınımlardan ayarlanabilirliği 10 5 kat daha fazla ve sürekli bir ışınımdı. Bu ışınımın başarılı kullanımı bilimsel alandaki patlamasından sonra olmuştur lerin ortasında SI ya artan ilgi Avrupa, Japonya ve ABD de ikinci nesil SI kaynaklarının geliştirilmesine neden olmuş ve halka tamamen SI araştırmaları için yapılmıştır. Halkaların ilk tasarımında insertion devices olarak adlandırılan zigzaglayıcı ve salındırıcı magnetlerin kullanım deneyimleri yoktu. Bu sebeple demet hatları pek çok eğici magnet içeriyordu. Daha sonra birkaç noktaya bu cihazlardan eklendi. İkinci nesil ışınım kaynakları birkaç yüz nm-rad boyutunda yayınımla tasarlanmış ve SEL in parlaklığı mertebesine kadar ulaşmıştır. Elektron demet yayınımındaki daha fazla azalmanın daha parlak ışınımla sonuçlanması 1980 lerin ortalarında, yeni depolama halkaları yapımına yönlendirmiş ve üçüncü nesil ışınım kaynakları inşa edilmiştir. Bu durum zigzaglayıcı/salındırıcı magnetlere yönelmeyi sağlamış ve 5-0 nm-rad elektron demet yayınımına ulaşılmıştır. Bu halkalar en yüksek parlaklık 10 0 olacak şekilde 1990 ların başlarında çalışmaya başlamış ve yeni araştırma alanlarına kapı açmıştır. Üçüncü nesil halkalar 5 nm-rad yayınımla 60 5

16 nm den (foton enerjileri 0 ev un altında) daha uzun dalga boylarında kırınım limitli ışınım meydana getirebilirler. Foton demetlerinin geometrik özelliklerindeki sınırlamayı oluşturan kırınım limiti dalga boyu aracılığıyla belirlenmektedir. Foton demet emittansındaki bu limitli kırınım 4 λ π ışınımda, elektron demet emittansı parlaklığı artar. ile verilir. Elektron demetleri tarafından üretilen λ değerine kadar azalırken foton demetinin 4π Üçüncü nesil ışınım kaynakları ile sağlanan gelişmeler ve tasarlanan hedeflere ulaşılması daha düşük elektron demet yayınımlı, daha yüksek foton demet parlaklıklı ve daha kısa dalga boylarında ulaşılan kırınım limitleri ile dördüncü nesil ışınım kaynakları elde edilebileceğini göstermiştir. VUV ile sert X ışını arasındaki bölgede elde edilen ışınımın dördüncü nesil ışınım kaynağı olarak adlandırılmasının asıl nedeni bunların daha düşük yayınımlı halkalar ile hem halka hem de lineer hızlandırıcı (linak) sürücülü kısa dalga boylu SEL lerden elde edilen demetler olmasıdır. Sert X ışını (~ Ǻ) elde etmek için dördüncü nesil ışınım kaynakları daha yüksek elektron enerjisi ve çevresi daha büyük bir depolama halkası veya lineer hızlandırıcı gerektirmektedir (Winick 1998). SEL ler, elektron demetini paketçik yapılarına bölerek optik alanda oldukça yüksek parlaklıkta, enine koherent ışınım üretirler. Bu olay salındırıcı magnetin oluşturduğu periyodik manyetik alandaki optik alanla elektron demetinin etkileşmesi sonucu gerçekleşir. Paketlenmiş yapıdaki elektron demetinin optik alanla etkileşiminden ortaya çıkan ışımanın gücü paketlenmemiş yapıdaki elektron demetinin etkileşimi sonucu ortaya çıkan ışımanın gücünün karesine eşittir. SEL ler depolama halkası kullanarak kızılötesinden (IR) morötesine (UV) geniş bir spektral bölgede uzun yıllardır çalışmaktadır. Birçok depolama halkası uzun SEL salındırıcı magnetleri kapsayacak şekilde uzun düz kesitler içerecek şekilde tasarlanırlar. Depolama halkasına dayalı SEL ler çok yüksek parlaklıkta ve koherentlikte ışınım üretirler ve şu an çalışmakta oldukları dalga boyu aralığı sebebiyle dördüncü nesil ışınım kaynağı olarak düşünülebilirler. Halen çalışmakta olan ve tasarım aşamasında olan depolama halkasına dayalı SEL lerde daha kısa dalga boylarında ışınım üretebilmek amacıyla araştırmalar 6

17 halen devam etmektedir. Mevcut depolama halkalı SEL ler, osilator modda çalışmaktadır. Optik kavitelerde ayna teknolojisine bağlı olarak henüz 00 nm altındaki dalga boylarında ışınım elde etmek zordur. Bu sebeple yapılan alternatif bir yaklaşım ise kavite kullanmayarak elektron demetinin uzun bir salındırıcı magnetden bir defalık geçişi sırasında optik alanla etkileşmesi sonucu ışınım üretilmesidir. Bu teknik, Kendiliğinden Genlik Artırımlı Yayınm (SASE, Self Amplified Spontaneous Emission) olarak adlandırılır (Winick 1998). Birçok kullanıcıya koherent IR ışınım sağlayan düşük enerjili linaklar kullanarak çalışan SEL kuruluşları yıllardır mevcuttur. Bunlar da depolama halkalarında olduğu gibi osilator modda ışınım üreten optik kaviteler kullanır. Son zamanlardaki gelişmeler yüksek enerjili linaklardan elde edilen elektron demetlerinin uzun bir salındırıcı magnet boyunca tek geçişte ışınım yapmasına olanak sağlamaktadır. Optik kavitesiz kısa dalga boylu tam yansıtıcı aynaların yetersizliği artık bir sınırlama getirmemektedir. Elektron demeti ve salındırıcı magnet kalitesinin artması ile angström mertebesinde dalga boylarına ulaşılabilmektedir. Linaka dayalı kısa dalga boylu SEL ler özellikle kısa atma (puls) süresi, pik parlaklığı, koherentlik gibi özellikleriyle sıra dışıdır. Hızlandırıcı toplumunda artan bir güvenilirlikle linaka dayalı kısa dalga boylu SEL ler inşa edilmektedir. Aynı zamanda SEL lerin 1 inci yüzyılda bu özellikleriyle yeni bir bilim alanı olacağı artan bir gerçekliktir (Winick 1998).. Serbest Elektron Lazeri Klasik bir lazerde, bir hazne içerisinde (katı, sıvı veya gaz olabilir) dalga hareketi vardır ve hazneden genliği yükseltilmiş ve aynı frekansa sahip uyarılmış ışıma indüklenir. Uyarılmış enerji optik pompalama yoluyla elde edilir (Şekil.1). Bir serbest elektron lazerinde enerji alışverişi sınır elektronlarının kuantum geçişleri ile değil, bir manyetik alan içerisinde serbestçe salınan bir elektron demetindeki elektronlar ile ortam arasında gerçekleşen manyetik etkileşmeler aracılığıyla olmaktadır. Serbest Elektron Lazeri (SEL) ismi buradan gelmektedir. Atomik enerji seviyeleri ile herhangi bir bağımlılık olmaması sebebiyle SEL çok geniş bir dalga boyu aralığını kapsayabilmektedir. İki çeşit 7

18 SEL bulunmaktadır: Compton ve Raman SEL. Raman SEL de düşük demet enerjilerinde elektronlar arasındaki etkileşmeler baskındır. Rölativistik parçacıklarda bu etkileşme ihmal edilebilir ve bu durumda Compton SEL ile karşılaşılır. Hızlandırıcılarda genellikle yüksek enerjili parçacıklar kullanıldığından, Compton SEL olayı gerçekleşmektedir. SEL prensibi açıklanırken elektromanyetik alandaki kazancın düşük kazanç bölgesinde mi yoksa yüksek kazanç bölgesinde (G>>1) mi olduğuna karar vermek önemlidir. İlk durum özellikle lazer alanı sabitken geçerlidir ve bu durum kazanç hesabını basitleştirmektedir. Parçacık hızlandırıcısı olarak bir SEL kullanma olasılığı ilk olarak R. B. Palmer tarafından önerilmiştir da Stanford dan L. R. Elias ve arkadaşları uyarılmış ışıma ile ilk başarılı deneyleri gerçekleştirmişlerdir. Bir yıl sonra D.A.G. Deacon ve arkadaşları tarafından SEL prensibi ilk olarak osilatör etkisine deneysel olarak uygulanmıştır (Wille 1996). Gelen dalga Kazanç Dalgaboyu Uyarılmış Işıma Gelen dalga Gelen dalga Uyarılmış Işıma Enerji Girişi Eğici Magnet Elektron Demeti (Enerji Haznesi) Şekil.1 Klasik lazer (üstteki resim) ile SEL in karşılaştırılması. Lazerde enerji haznesi olarak kullanılan ortamın yerini SEL de serbest elektron demeti almıştır (Wille 1996).3 SEL de enerji aktarımı için gereken şartlar Serbest elektron lazerde elektron ve lazer demeti etkileşme bölgesinin uzunluğunu maksimize etmek ve böylece enerji alışverişini yeterince gerçekleştirebilmek için aynı eksen boyunca hareket etmelidir. Bu durumda elektrik alan E L ve elektronların hızı ν birbirine dik olmaktadır. Bu durumda enerji kazancı; 8

19 L L L (.1) W = e E ds = e υe dt = 0 ( υ E ) Elektron ile lazer demeti arasındaki doğrudan enerji alışverişi bu durumda olanaksızdır. Demete yatay bir hız bileşeni kazandıran bir salındırıcı magnet yerleştirildiğinde ω u lazer frekansı, K salındırıcı magnet parametresi ve k u salındırıcı magnetin dalga sayısı ve γ Lorentz faktörü olmak üzere elektron demetinin yatay hız bileşeni; K υx = x = βc sin( ωut) ωu = kuβ c (.) γ SEL demetinin elektrik alanı bu yatay hız bileşeni ile etkileşime girebilir. Salındırıcı magnet periyodu ve lazer alanı arasındaki faz ancak belirli şartları sağlaması durumunda pozitif enerji kazancı olabilmektedir. Şekil. yardımıyla sadece basit bir elektron üzerinde durularak bu durum açıklanabilir. Belirli bir zamanda belirli bir noktada bulunan bir elektron υ x enine hız bileşenine sahip olsun. Bu an ve konumda elektron, lazerin elektrik alanının maksimumu ile karşılaşır ve bu alan υ x ile aynı yönde olursa bu durumda negatif yüklü elektron bu alan tarafından yavaşlatılır ve enerji lazer alanına transfer edilmiş olur (Wille 1996). salındırıcı magnet parçacık yörüngesi lazer alanı Şekil. Salındırıcı magnet içindeki lazer alanı ve salınan elektron demeti arasındaki faz şartı (Wille 1996) 9

20 İkinci yarı periyodda elektron bu kez υx hız bileşenine sahiptir. Elektron her zaman lazerin elektromanyetik alanından daha yavaş hareket ettiğinden ve aynı zamanda elektronu ileri hareketlendiren salındırıcı magnet kuvvetindeki eğicilik sebebiyle lazer alanı elektronun önünde hereket eder. Eğer sistemdeki faz kayması ϕ = π olarak ayarlanırsa bu durumda elektron üzerine etkiyen elektrik alan E L olacaktır. Bu durumda elektron yine enerji kaybeder ve bu enerji lazer alanına aktarılır. Bu proses, birbirini tekrarlayarak, elektron salındırıcı magnetin sonuna ulaşana kadar devam eder. Bu sonuç lazer alanının enerjideki kazancını göstermektedir. SEL deki enerji aktarımına kalitatif olarak bakıldıktan sonra faz şartlarını incelemek gerekmektedir. E L elektromanyetik dalganın elektrik alanı ise bu durumda elektromanyetik dalga ile birlikte hareket eden elektronların enerjisindeki değişim genel bir eşitlik ile verilmektedir: L υ t L W = e E ds = e E d (.3) Lazer alanının x bileşeni düzlem dalga şeklinde ilişkilendirilebilir; E = E k s t+ (.4) cos( ) Lx, L,0 L ωl ϕ0 k L π = dalga sayısı, ω L lazer frekansı ve ϕ 0 herhangi bir başlagıç fazıdır. K λ L salındırıcı magnet parametresi ve k u salındırıcı magnetin dalga sayısı olmak üzere, elektron hızının yatay bileşeni, K υx = c sin( ku s) (.5) γ Elektron enerjisindeki değişim; 10

21 ceel,0k W = cos( kls ωlt+ ϕ0)sin( u ) γ k s dt cee { sin [( kl ku) s ωlt ϕ0] sin [( kl ku) s ωlt ϕ0] } dt L,0 = γ K (.6) Normalde salındırıcı magnet içerisinde elektron ve elektromanyetik dalga arasındaki faz açısı zamanla sabit kalıyorsa, ancak bu durumda lazer ile elektron arasında enerji transferi gerçekleşir. Faz açısı ϕ ω ϕ = ( k ± L ku) s ± Lt + (.7) 0 olarak gösterilmektedir. Faz açısının zamana göre türevi; dϕ ± = ( kl ± ku) s ωl 0 (.8) dt olmalıdır. Eşitlik (.8) in çözümü dalga boyuna bağlı olarak yazılarak k L ve k yerdeğiştirilirse ışıma açısı Θ 0 = 0 için eşitlik (.6) ile benzer koherent şarta sahip u olan, λl (1 K λ ) u = + (.9) γ denklemi elde edilir. Eşitlik (.6) daki enerji denklemi; ϕ ω ϕ = ( k L ku) s Lt + (.10) 0 faz terimi ile salınırken ϕ ω ϕ = ( k + L ku) s + Lt + 0 sabit (.11) 11

22 fazı enerji alışverişine katkıda bulunur ve böylece aktarılan toplam enerji üzerindeki etki değişmez..4 SEL de elektronların hareket denklemi E Elektron enerjisi γ = elektromanyetik alanla etkileşir ve lazer alanına göre mc enerjide e γ kadar değişim ve ψ kadar faz kayması meydana gelir. γ () s ve ψ () s fonksiyonları salındırıcı magnet boyunca olan parçacık hareketini açıklayan fonksiyonlardır. Yörünge elemanı ds = cdt başına enerjideki değişim dγ dw 1 = (.1) ds βcdt m c e olarak yazılabilir. Eşitlik (.6) eşitlik (.1) içerisinde yerine yazılırsa; dγ eel,0k { ( kl ku) s ωlt ϕ0 ( kl ku) s ωlt ϕ0 } = sin + + sin + ds γ mec (.13) eşitliği elde edilir. Salındırıcı magnet boyunca enerji transferi olması için; elektron salınımının N inci harmoniği ile lazer dalgası arasındaki fazın zamanla sabit ve eşitlik (.14) e eşit olması gerekmektedir (Wille, 1996). ψ = ( k + Nk ) s ω t+ ϕ (.14) L u L 0 Eşitlik (.14) den elde edilen dalga sayısı dalga boyu cinsinden yeniden yazılırsa; 1

23 λu (1 K λ ) L = + (.15) Nγ denklemi herhangi bir N harmoniği için genelleştirilmiş koherent şartıdır. Dalga boyları her zaman pozitif sayılardır ve eşitlik (.15) den N 0 şartının fiziksel olarak anlamsız olduğu görülmektedir. Bununla birlikte SEL için çoğu durumda tüm olası harmonikler yerine sadece tek bir harmonik düşünülür. Enerji alışverişi sadece lazer alanı mevcutken gerçekleşmektedir. Bu durum lazerdeki zorlanmış uyarılma ile aynıdır. dψ Rezonans enerjisi; lazer alanına göre faz kayması olmayan, = 0, enerji olarak ds açıklanır. Rezonans enerjisi; kl K γ r = (1 + ) (.16) Nk u ile verilir. SEL rezonans enerjilerine çok yakın elektron enerjilerinde oluşturulur. Enerji değişkeni olarak γ kullanıldığında (Wille 1996); γ = γ + γ ve γ γ (.17) r r dγ r Özdeş bir salındırıcı magnetde γ r rezonans enerjisi sabittir. Bu durumda = 0 olur. ds Yörünge elemanı başına enerjideki değişim; d γ () s kkk u L = F( Nη)sin ψ( s) (.18) ds γ r olur. Eşitlik (.14) ün tekrar diferansiyeli alındığında; d ψ Nku d γ() s Nk K K = = F( Nη)sin ψ( s) (.19) ds u L γr ds γr 13

24 Bu eşitlik sarkaç denkleminin genel gösterimidir; ψ +Ω Ψ = (.0) () s L sin () s 0 Burada Ω frekansı; Nk K K Ω = F N η) (.1) L u L ( γ r s ekseni boyunca salınımın uzunluğu; alanının frekansıdır. L L π c = ve f L = elektronun salındığı lazer Ω L LL ŞEKİL.3 SEL alanındaki elektron hareketi. Lazer dalgasına göre faz kayması yatay eksen boyunca çizilmiştir, ve rezonans enerjisinden enerji farkı dikey olarak çizilmiştir. İki farklı elektron hareketi çizilmiş ve sarkaç benzeri hareket gösterilmiştir (Wille 1996).5 SEL kazanç mekanizması.5.1 Düşük kazanç yaklaşımı Lazer alanındaki enerji kazancı; = (.) WL mec γ 14

25 olsun. Eksi işareti elektrondaki enerji kaybının lazer alanındaki enerji kazancına neden olduğunu göstermektedir. Lazer alanında depolanan enerji; ε = (.3) 0 WL EL,0 V V lazer alanının kapladığı alandır. Basit bir elektronun oluşturduğu SEL kazancı; G W L mc e 1 L ε 0 L,0 = = W E V γ (.4) olarak açıklanır. Gerçekte paketçikteki bütün elektronlar lazer kazancına katkıda bulunurlar ve elektronların paketçikte homojen olarak dağıldıkları kabul edilmektedir. Her bir elektron katkısının toplamına ve salındırıcı magnete girdiklerinde lazer dalgasına göre bütün elektronların başlangıç fazının ortalamasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu, SEL in toplam kazancını vermektedir; enkk G = n ψ u b F( Nη) 3 4 ε0mc e γr ΩL (.5) n b n = paketçik içerisindeki elektron yoğunluğudur ve; V 1 n ψ i n i= 1 ψ = eşittir. (.6) Zayıf lazer alanlarında ( E L,0 ) K L alan parametresi çok küçüktür ve bu yüzden ψ () s +ΩL sin Ψ () s = 0eşitliğindeki L Ω frekansı da küçük olur. Bu sebeple, her bir elektronun salındırıcı magnetten geçerken oluşturduğu kazanç da küçük olmaktadır. Bu yüzden lazer alanının yoğunluğu ancak yavaşça değişir ve alanın her geçiş için sabit olduğu bile düşünülebilir. Bu olay sıklıkla Düşük Kazançlı SEL olarak adlandırılmaktadır. Burada lazer alanı o kadar zayıftır ki Şekil.3 de gösterilen hemen 15

26 hemen bütün elektronlar seperatriksin dışında kalmaktadır ve lazer alanında kararlı salınımlar göstermezler. Elektronlar paketçik içerisinde eşit olarak dağıldığından ve paketçik lazerin dalga boyu ile karşılaştırıldığında çok uzun olduğundan 0 ψ π aralığında elektronların başlangıç fazı eşit dağılmıştır. Bütün başlangıç fazlarının ortalama değeri alındığında; ilk π NuλuΩ L 1 ψ 1 = (cos( ω+ ψilk ) cos ilk ) d ilk = 0 ω π ψ ψ (.7) 0 Eşitlik (.7) ye göre elektron demeti ile lazer alanı arasında enerji alışverişi yoktur. Buradan SEL kazancının daha yüksek mertebelerde etkisi olduğu sonucu çıkarılabilir. Daha yüksek mertebelerin SEL kazancı ile ilişkisini göstermek için aynı hesaplamalar ikinci mertebede tekrar edilirse; Nu λu ΩL d sinω ψ = (.8) 8 dω ω olarak yazılabilir. Bu ortalama değer, kazanç ilişkisinde yerine yazılırsa düşük kazanç bölgesinde N inci harmonik için gerekli olan SEL kazanç faktörü elde edilmiş olur (Wille, 1996). G N πenkn λ n d sinω = F( Nη) ε γ dω ω 3 u u b 3 4 0mc e r F( Nη) = JN 1( Nη) JN+ 1( Nη) (.9) kk L η = 8Nγ k u 16

27 π NNu ω = ( γilk γr ), N=1, 3, 5,.. γ r Bu kazanç fonksiyonunun, elektronların enjeksiyon enerjisine kuvvetli bir bağımlılığı vardır. G, enjeksiyon enerjisi γ nın bir fonksiyonu olarak çizilirse (Şekil.4) elde edilen eğri, tipik bir SEL in kazanç eğrisidir. Rezonans enerjisinde γ = γ, eğri sıfır noktasından geçer ki bu kazanç olmadığı anlamına gelmektedir. Sonuçta, elektron enerjisi koherent şartı ile gerekenden daha yüksek bir değere ayarlanmalıdır. r kazanç eğrisi Şekil.4 SEL kazanç eğrisi.5. Madey teoremi Anlık salındırıcı magnet ışımasının yoğunluğu; ω sin π Nu ωw I( ωα ) ω (.30) π Nu ωw fonksiyonu ile açıklanır. 17

28 Bu gösterimde elektron enerjisi sabittir ve ışımanın yoğunluğu onun frekansının bir fonksiyonu olarak düşünülmektedir. Aynı zamanda frekans ya da dalga boyu sabit tutularak elektron demet enerjisinin değiştirilmesi benzer yoğunluk dağılımını verecektir. Burada ω w salındırıcı magnet dalgasının birinci harmoniğini göstermektedir. Frekanstaki değişim enerjideki değişim olarak açıklanabilir; ω N γ = ω γ w (.31) Düşük kazanç bölgesinde elektron enerjisindeki değişimin salındırıcı magnetten geçiş enerjisine oranı çok küçük olduğu için, herhangi bir farklılık ihmal edilebilir. Salındırıcı magnet ışıma çizgisinin yoğunluk dağılımı aynı zamanda; sinω I( ωα ) (.3) ω formunda yazılabilir. Bu eşitlik, SEL in kazanç fonksiyonu ile karşılaştırıldığında; kazanç fonksiyonunun demet ekseni boyunca anlık salındırıcı magnet ışıması dağılımı yoğunluğunun diferansiyeli ile orantılı olduğu görülmektedir. Serbest elektron lazerlerdeki bu temel ilişki ilk olarak çok genel bir haliyle J. M. J. Madey tarafından gösterilmiştir ve Madey Teoremi olarak bilinmektedir. Bu ilişki Şekil.5 te gösterilmiştir. gain parameter kazanç 1 gain parameter kazanç enjeksiyon detuning enerjisi parame ter enjeksiyon detuning parame ter enerjisi a. b. Şekil.5.a. Madey teoreminin gösterimi, b. SEL in düşük kazanç eğrisi sabit bir λ dalga boyunda salındırıcı magnet ışımasının yoğunluk fonksiyonunun türevi alınarak elde edilir 18

29 .6 SEL Düşük kazanç yaklaşımında uygulanan modeller Kazanç modellemelerinde genel metod, sürekli bir ideal elektron demeti varsayarak düşük kazanç parametresini hesaplamak, elektron demetinin doğal yapısını düşünerek değişik kazanç azaltma faktörlerini hesaba katmak ve elektron ve optik demet arasındaki etkileşimi etkileyen belirli sınırlamaları modellemektir (Thompson 004). Düzeltilmiş kazanç parametresi frekansın bir fonksiyonu olan tüm kazanç spektrumunu modellemek için kullanılabilir ya da maksimum ulaşılabilir kazanç hesaplanabilir. Düşük kazançta elektronların salındırıcı magnetten gidiş gelişleri sırasında optik alanın sabit kaldığı varsayılmaktadır. Daha yüksek kazançlarda daha yüksek mertebelerde düzeltmeler uygulandığından bu varsayım geçersiz kalmaktadır (Thompson 004). Düzlemsel (planar) bir salındırıcıda Bakker düşük tek geçiş parametresini; g = J I K N F (.33) π ( / 0) ( λu / γ ) ( ξ) olarak vermektedir. g 0 kazanç parametresi, J elektron akım yoğunluğu ve I 0 Alfven akımı ( I ka) a, N salındırıcı magnet periyod sayısı, λ u salındırıcı magnet periyodu ve F( ξ ) planar bir salındırıcı magnetde periyodik kavite ayar parametresinden kaynaklanan kazanç azalmasını hesaplayan bir parametre olmak üzere; F( ξ) = [ J ( ξ) J ( ξ)] 0 1 (.34) 1 [ /(1 ) ξ = K + K ] J 0 ve J 1 birinci mertebeden Bessel fonksiyonları ve; K = 1 eb0λu π mc e 19

30 Ciocci ve Dattoli (Thompson 004) düşük kazanç parametresi için farklı bir açıklama önermektedir; 16π J g0 = λ m L m N ξ ξ γ 1 ξ = r[ ] u[ ] F( ) Ia K 4 (1 + K / ) (.35) Helisel bir salındırıcı için de benzer eşitlikler kullanılmaktadır. Aşağıda verilen eşitlik daha önce verilen kazanç eşitliğinin yeniden düzenlenmiş halidir; g 16π λ J 0 = r[ m] Lu[ m] N ξ (.36) γ I 0 1 ξ = (.37) K (1 + K ) λu, λr = ( 1+ K ) γ 0 Bu eşitlikler salındırıcı magnet kuvveti K nın K ile yerdeğiştirmesi ve kavite ayar parametresinin helisel duruma uygulanmaması sebebiyle kaldırılması sonucu elde edilmiştir. Maksimum ideal kazanç; G= 0.7π g (.38) 0 eşitliği ile verilir. Eşitlik (.36) ve (.37) de kazancın elektron demet akımı ile doğru, demet enerjisi ile ters orantılı olduğu görülmektedir. Eşitlik (.38) sadece ihmal edilebilir enerji yayılımı ve yayınımına sahip olan ideal bir sürekli elektron demeti için geçerlidir. Gerçek SEL kazancının hesaplanması için kazanç parametresine uygun düzeltmelerin uygulanması gerekmektedir (Thompson 004). 0

31 .6.1 Kazanç düzeltme faktörleri Madey Teoreminden kazancın ani yayınım spektrumunun türevi ile orantılı olduğu bilinmektedir. Bu spektrumun genişlemesine neden olan herhangi bir etki, kazançtaki azalmaya neden olur. Düzeltme faktörlerinde standard K değerleri kullanılmıştır (Thompson 004). Demet enerji yayılımının düzeltilmesi; 1 C e = ( µ e ), µ e 4 N( σ y = ) (.39) γ Demet yayınımının düzeltilmesi; ε demet yayınımı ve açıklamalar tamamen eşleşmiş silindirik demetler ε = εx = εy için geçerli olmak üzere; C 1 γε K =, µ x = πn (1 + ) λ (1 + K / ) xy, µ xy, u γε K (1 / ), µ y = πn λ u + K (.40) Boyuna kayma düzeltmesi; Elektronlar salındırıcı magneti geçerken salındırıcı magnet periyodu başına bir ışıma dalga boyu oluştururlar. Bu şekilde oluşan toplam kayma Nλ dır. Elektron paketinin uzunluğu kayma uzunluğuna yakın büyüklükteyse bu durumda optik puls daha kısa olan elektron paketçiğinden daha baskın gelir ve etkileşme süresi azalır. Bu sebeple seçilen elektron paketçiğinin boyu kayma uzunluğundan büyük olmalıdır. σ z elektron paketçik uzunluğu olmak üzere ilgili kazanç azaltma faktörü; C c = 1+ 1 µ 3 c r, c σ z Nλ µ = (.41) 1

32 Doldurma faktörü; Elektron ve optik demetlerin etkileşmesinin hesaplanmasında da düzeltme yapılması gerekmektedir. Değişik doldurma faktörleri önerilebilir. En basit doldurma faktörü elektron ve optik demetlerin enine kesit alanlarının oranıdır. Σ e elektron demetinin kesit alanı ve Σ L optik demetin kesit alanı olmak üzere; Σ <Σ ise e L F = Σ Σ e L (.4) Σ Σ ise F =1 dir. (.43) e L Bakker kırınım limitli bir Gausyen optik demet için doldurma faktörünü; 3 Σe F1 = (.44) Nλ λ u r olarak vermektedir. Bu şartlar altında salındırıcı magnet boyunca elektromanyetik dalganın ortalama kesit alanı salındırıcı magnet uzunluğu ve ışımanın dalga boyu ile orantılıdır. 3/ faktörü, salındırıcı magnetin merkezindeki optimum optik demet bel kalınlığı ile salındırıcı magnet uzunluğunun 1/3 i olan Rayleigh uzunluğu için geçerlidir ( Z R πω0 = ). Gausyen bir demetin Rayleigh uzunluğu, demetin ilerleme yönündeki λ r demet yarıçapının, merkezi bel kalınlığından.6). katı kadar arttığı uzunluktur (Şekil

33 Şekil.6 Rayleigh uzunluğunun şematik gösterimi ( 006) Gerçek maksimum kazanç; Gerçek kazancın hesaplanmasında ideal kazanç, katsayısı verilen düzetme faktörleri ile çarpılır; gˆ 0 0 e x y = g C C C F (.45) Bu durumda maksimum kazanç; G = 0.85gˆ ĝ0 (.46) Bu açıklama gˆ 0 0. için 5% oranında doğrudur. Dattoli ye göre, daha yüksek değerler için üçüncü mertebe açıklaması kullanılmalıdır (Thompson 004); G= 0.85gˆ gˆ (.47) ĝ 0.7 Elektron demetinin zamansal yapısı SEL performansı elektron demetinin zaman yapısından etkilenir ve dolayısıyla SEL in pik akımı, paketçik yapısı vb. özellikleri elektron demetinin zaman yapısına bağlıdır. Elektron demetinin zaman yapısı elde edilen ışımanın zaman yapısı ile ya da kullanılan hızlandırıcının performansını sınırlayan doğal sınırlamalarla ilişkilidir (Dattoli, Renieri and Torre 1993). Elektron demetinin zaman yapısı elektronları hızlandırmayı sağlayan ya da ışıma elde etmek için enerjilerinin devamlılığını sağlayan alanların zaman yapısı ile belirlenir. Bu hızlandırma alanları rf lineer hızlandırıcılarında 1 MHz-1 GHz aralığında değişen radyo frekans değerleri ile ilişkilidir. 3

34 Radyo frekans lineer hızlandırıcıların serbest elektron lazer teknolojisinde özel bir yeri vardır. Stanford da orijinal SEL deneyi Madey ve arkadaşları tarafından rf lineer hızlandırıcılarla yapıldığı için SEL teknolojisinde önemlidir. RF lineer hızlandırıcılar genellikle yüksek enerji ve düşük akımla karakterize edilirler (Dattoli, Renieri and Torre 1993). Bir RF lineer hızlandırıcı frekansı ν, tipik olarak 1.3 GHz (L bandı) ya da 3 GHz (S rf band) olmak üzere en az 50 MHz ve en çok 9 GHz (X band) değerlerindedir. Bir RF linaktaki demet atmaları hızlandırıcının atmalar içerisindeki mikro yapısı ile 1 makro yapısının tekrarlama oranını verir. Makro yapı tipik olarak 10 10µ s uzunluğunda ve hızlandırıcıyı beslemede kullanılan klistronun verimliliğine bağlı olarak 1 Hz den birkaç 100 Hz e kadar değişen frekanslarda katod atmalar ile belirlenir. Sadece dalga ile özel faz ilişkisi içerisindeki elektronlar alandan enerji kazandığı için her bir makro atma ana radyo frekans ν rf frekansı ile tekrar edecek ve RF periyodunun bölünmüş zaman aralıklarında bir dizi elektron paketçiği içerecektir (mikro atma). Hızlandırıcı dalga klavuzunda RF periyodu ile paketleyiciden uygun zamanlarda gelen elektron paketleri sıkıştırılarak hızın asimptotik olarak ışık hızı limitine yaklaşması sağlanır. Buna göre mikro atma süresi (mikro atma genişliği) birkaç pikosaniyeye kadar düşer, mikro atma yapısı grid ile veya ilgili frekanstaki ön paketleyici aracılığıyla yapılmaktadır. Radyofrekans lineer hızandırıcılarda elektron demeti bir mikro atma katarı olarak elde edilir. Buna göre elde edilen lazer performansının bütün dinamiği, bu elektromanyetik atma yapısına bağlıdır. Elektron ve manyetik alan arasındaki etkileşmeler kayma etkisi de dahil edildiğinde çok önemlidir ve atma iletim dinamiği osilator mod yapılandırması ile ilgilidir. Işınımın güç spektrumu, atma yapısı, kararlılık durumuna gelme süresi gibi tüm özellikler elektron optik atma desinkronizasyonu yani kayma mekanizmasının yanı sıra elektron demeti ve elektromanyetik alanın sonlu paketlenme uzunluğunun çarpımının nihai analizine bağlıdır. 4

35 Bu noktanın daha iyi açıklığa kavuşabilmesi için, elektron paketçiği ve elektromanyetik dalganın etkileşme sırasında birbirini geçmesinin kayma mekanizmasının bir sonucu olduğunun vurgulanması gerekmektedir. Bölgesel kazanç, bölgesel elektron yoğunluğuna bağlı olduğundan öndeki atma arkadaki atmadan daha düşük kazanca sahip olacaktır. Sonuçta optik atma merkezi magnet boyunca her atmada geride kalarak şekil değiştirir. Uygulamada fotonlar tek tek ışık hızı ile hareket etmesine rağmen elektron atması ışık hızından yavaş hareket etmektedir. Bu olay SEL literatüründe lethargy etkisi olarak adlandırılmakta ve atma iletiminde önemli bir rol oynamaktadır. Etkileşme sırasında elektron ve optik atmanın üst üste gelmesini sağlamak için, özellikle osilator yapılanmasında kavite içerisindeki yansımalarla her geçişteki etkileşme için yeni bir elektron paketçiği arasında oluşan ani yayılmalar sonucu optik atmadaki artışı oluşturmak amacıyla salındırıcı magnetin girişinde elektron paketçiği ve optik atmanın (em dalga) sinkronize olması gerekmektedir. Sonuçta optik kavite uzunluğu prensipte iki mikro paketçik arasındaki uzaklığın (ardarda gelen mikro paketçikler olması zorunlu değil) yarı tamsayı katı olarak ayarlanmalıdır (Dattoli, Renieri and Torre 1993). Lc = c mτ rf, m=tamsayı (.48).8 SEL in zaman yapısı Lazer ışımasının kalite ve faydalılığı sadece yoğunluğuna ve mevcut dalga boyu aralığına değil aynı zamanda zaman yapısına da bağlıdır. En kısa zaman aralığı bir elektron paketçiğinden üretilen bir mikropuls uzunluğudur. Bu doğrudan önemli bir büyüklük olan, ışımanın bant genişliği ile belirlenir. Lazer atmasının uzunluğunu iki etki belirlemektedir. Optik kavitenin aynaları arasındaki d uzaklığı λ L lazer ışımasının dalga boyu ile karşılaştırıldığında oldukça büyüktür. λ L, j dalga boyu modunda, j tamsayısı vardır. 8 j 10 bölgesindedir, rezonans şartını sağlayan pek çok kavite d = jλ L, j (.49) 5

36 Elektron demetinden lazer dalgasına enerji transferinin gerçekleşmesi için dalga boyunun koherent şartını sağlaması gerekmektedir. Elektronların tamamı, sinkrotron ışınımının yayınlanmasındaki kuantum dalgalanmaları sonucu oluşan sinkrotron salınımları sebebiyle geniş bir enerji aralığında gausyen bir dağılım gösterir. Bunun anlamı demette rezonatör modunda çok sayıda γ enerjili parçacıklar bulunmaktadır. Sonuç olarak, optik rezonatörde λ L, j dalga boylu pek çok πc mod ve ωl, j= frekansları yükseltgenir. Bandın enerji yayınımı belirsizlik λl, j ilkesinden hesaplanabilir (Dattoli, Renieri and Torre 1993). h E = (.50) τ L.9 Osilator serbest elektron lazerler İlk güçlü koherent ışıma kaynakları bu yüzyılın başlarında geliştirilen mikrodalga tüplerdi. II. Dünya Savaşı süresince bu tüplerin gelişimi radarların gelişiminden daha zor olmuştur. Rezonatorün keşfi, klasik lazerlerin gelişimini ve elde edilen dalgaboyunun 10 4 kat aşağı çekilmesine neden oldu. Makroskopik boyutlardaki kısa dalgaboylarında optik gücün depolanmasını sağlayan optik rezonator lazerin keşfinde büyük öneme sahiptir. Serbest elektron lazeri doğal alternatif bir ışınım kaynağıdır de serbest elektron lazerini bir optik kavite ve rölativistik bir elektron demeti kullanarak Madey keşfetmiş ve geliştirmiştir da, Madey ve arkadaşları tarafından Stanford Üniversitesi nde 10 µ m dalgaboyu ile ölçülen kazanç, SEL gelişiminde önemli bir adım olmuştur. Bu deney, 1977 de 3 µ m dalgaboyu elde edilerek SEL osilator yapılanmasında başarılı sonuçlar vermiş ve SEL araştırmalarına büyük bir ilginin doğmasına neden olmuştur. Bu deneylerle iki önemli SEL özelliği, ayarlanabilirlik ve tasarım esnekliği, aynı cihazlar kullanılarak farklı dalgaboylarının elde edilmesi sağlanarak gösterilmiştir. 6

37 Osilator SEL in temel bileşenleri manyetik salındırıcı magnet, elektron demeti ve aynalardır. Lineer ya da dairesel elektron hızlandırıcısından elde edilen rölativistik bir elektron demeti, salındırıcı magnetten geçirildiğinde dar bir koni içerisinde salındırıcı magnet ekseni boyunca ani salındırıcı magnet ışıması yapar. Yayılan ışıma iki ayna arasında tuzaklanarak salındırıcı magnete sonradan giren elektron paketçikleri ile etkileşime girer. Elektron paketçikleri ile elektromanyetik alan arasındaki etkileşme ışınımın dalgaboyunun koherent yapılanmasına neden olur. Işınım alanı ile etkileşme sonucu oluşan bu koherent yapılanma koherent ışımayı oluşturur. SEL in temel kazanç mekanizması elektron demeti ile ışınım alanı arasındaki enerji alışverişidir. Bu enerji alışverişi ışınım alanının yükseltgenmesine ve elektron demetinin yavaşlamasına (pozitif kazanç) ya da tam tersi bir sürecin oluşumuna neden olabilir. Pozitif ya da negatif kazanç mekanizmasını elektron demeti ile ışıma alanı arasındaki faz belirler. Elektron ve optik alan arasındaki hız farklılığı elektronun her magnet periyodunda optik alanın arkasında kalmasına neden olur. Optik alan ışık hızı ile hareket ederken elektronlar hiçbir zaman tam olarak bu hıza yetişemez dolayısıyla optik alan elektrondan daha önde hareket edecektir. Bu sebeple elektronla optik alan arasında rezonans olarak adlandırılan ve elektronun salındırıcı magnet alanı içerisindeki her salınımına ışınımın dalgaboyunun tamsayı katının (harmonik sayı) eşit olması gerekmektedir. Bu aynı zamanda elektronun anlık olarak yaydığı ışımadır (spontaneous emission). Salındırıcı magnet ışıması optik rezonatörde tuzaklandığında, her gidiş dönüşte meydana gelen koherent elektron yapılanmasının rezonatör aynalar arasında tuzaklanması, her geçişte büyüyerek optik gücü artıracaktır. Bu olay SEL de Osilator Mod olarak adlandırılır. Burada bütün elektronların aynı ışınım atmasına katkı sağlaması için elektron atmaları arasındaki zamanın kavite gidiş dönüş zamanına eşit olması gerekmektedir (Chesworth 000). Elde edilen serbest elektron lazerinin dagaboyu; 7

38 λ u 1 K λr = + γ ile belirlenir. Eşitlikte (.51) λ u salındırıcı magnet periyodu, K salındırıcı magnet kuvvet parametresi ve γ elektron demetinin Lorentz faktörüdür. Salındırıcı magnetin alan kuvveti K salındırıcı magnet parametresi ile belirlenir; K eb 0 = = B0[ Tesla] λu[ cm ] (.5) kmc u e.9.1. Optik kavite Koherent elektromanyetik ışıma, enerji deposu olarak yüksek enerjili elektronlar kullanılarak SEL prensibi ile elde edilebilir. λ dalga boylu elektromanyetik dalga, K salındırıcı magnet parametresinin koherent şartını destekleyecek şekilde seçilir. lazer atması ayna elektron demeti eğici magnet ayna Şekil.7 Optik kavite ile SEL osilator (Wille 1996) SEL prensibi bir optik kavite kullanılırsa daha etkili olmaktadır. Bir optik kavite kazanç ortamının iki ucuna yerleştirilen eğim yarıçapları belli iki aynadan oluşmaktadır. SEL optik kaviteleri diğer lazer kavitelerle birçok benzer özelliğe sahiptir. Fakat bu tür kaviteler, diğer kavitelerden farklı çalışmalarını sağlayan bir takım karakteristik özelliklere sahiptir. Optik kavite içerisinde lazer dalgası iki küresel ayna arasında pek çok kez yansıtılır ve lazer dalgası ile elektron demeti arasında enerji alışverişi gerçekleşir. Bu düzen, Şekil.7 de gösterilmiştir. SEL dalgalarının bu tekrarlanan 8

39 dolanımı bir çeşit geribesleme ile sonuçlanır ve bu sistem SEL Osilator olarak adlandırılır. Geçiş başına enerji transferi; E = Nm c ( γ γ ) E (.53) osi e ilk kayıp Aynalar iyi bir yansıtıcı değilse dalga osilator boyunca her iki aynadan yansıtıldığından, kayıplar iki kat artar. E L, SEL dalgasının optik kavitede depolanma enerjisi ise aynalardaki kayıp; E L (1 ) kayıp = E R (.54) R, aynalardan olan toplam yansımadır. Görünür ve IR bölgede sadece 1 den daha küçük yansıma değerine sahip aynalar kullanılmaktadır. Bu durumda SEL osilatörün kullanılabilirliği için kazancın sadece yüzde birkaç gibi bir değere ulaşması gerekmektedir. Elektron demetinin salındırıcı magnetten (undulatorden) ilk geçişinde koherent şartı sağlandığından lazer ışıması ile aynı dalga boyuna sahip salındırıcı magnet ışıması yayınlanır. Bu salındırıcı magnet ışımasının yoğunluğu, aynalar arasında yansıtılarak doyum noktasına ulaşana kadar düzgün bir şekilde artırılır. Aynalardan biri ya da her ikisi de belirli oranda geçirgen yapılarak veya ek bir saptırıcı ayna kullanarak bu ışımanın bir kısmının dışarı çıkmasına izin verilir (Turner 1990). Uygun salındırıcı magnet parametresi ve demet enerjisi seçenekleri ile λ <100 nm kısa dalga boyları için koherent şartını sağlamak mümkündür. λ 100 nm civarındaki dalga boylarında ayna yansımalarında keskin bir düşüş olmaktadır. Bu dalgaboyu bölgesi salındırıcı magnet boyunca olan geçiş başına G 1 kazancı gerektirdiğinden düşük kazançlı SEL ler artık güvenli bir şekilde kullanılamaz. Ayrıca düşük kazançlı SEL ler çok uzun salındırıcı magnetlerin kullanımını ( l> 10m) ve demet kalitesinde oldukça zor önlemler alınmasını gerektirmektedir. Kazanç, faz hacmi içerisindeki elektronların sayısı başka bir deyişle paketçikteki parçacık yoğunluğu ile artar. Bunun anlamı çok düşük demet yayınımı ve çok kısa paketçiklere gerek duyulması demektir (Turner 1990). 9

40 Bir SEL tasarımı için salındırıcı magnetin minimum gap uzaklığı ile onun periyodu ve istenilen maksimum dalga boyu araştırılmalıdır. Kazanç yeterince yüksekse daha büyük bir merkezi demet spot büyüklüğü seçilebilir. Aynalar üzerindeki spot genişliğini minimize etmek için en kısa olası optik kavite yapılmalıdır. Bu aynı zamanda atmalı yapıya sahip hızlandırıcılarda lazer gücünün artış zamanını kısaltması açısından avantaj olmasına rağmen aynalardaki lazer gücünün artışının ayna deformasyonu oluşturması, ışımayı uyaran araçlar arasındaki mesafenin kısalması ve foton demetinin özellikleri açısından dezavantajdır. Neredeyse bütün SEL osilatorlerde ayna deformasyonu gözlemlenir. Bu durum birçok farklı nedenden kaynaklanabilir (Turner 1990). Lineer hızlandırıcılardaki iyonize ışıma deformasyonu, enjeksiyon noktasına yakın yerleştirilen çok tabakalı aynalarda gözlemlenmiştir. Bu tür deformasyonlar yüksek enerji ve yüksek ortalama akımın meydana getirdiği çok yoğun salındırıcı magnet ışımalarında iki şekilde meydana gelmektedir: (i) ışımanın yüzeyde indüklenmesiyle ayna tabakalarında mevcut olan kusurların ışımayı soğurması sonucu oluşan deformasyonlar. (ii) yayılan ışıma gücünün ayna katmanlarını ısıtması nedeniyle meydana gelen deformasyonlar. Metal aynalar üzerinde oluşan deformasyonlar ise yüksek SEL gücünden kaynaklanmaktadır. Çok katmanlı aynalarda deformasyon çok hızlı bir şekilde ve optik kavitede depolanan yüksek ortalama gücün soğurulması ile meydana gelmektedir. Aynı zamanda yüksek ışınım gücü bazı tabakalar üzerinde soğurma kusurları oluşturabilmektedir. Son zamanlarda ayna deformasyonlarının üstesinden gelinebilmiştir. Çok katmanlı aynalarda: aynaların üretiminde iyon katkılama teknolojisi kullanılmaktadır. Bu teknoloji şu an endüstriyel ayna üreticilerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca bu katmanlar ısısal hasardan kaçınmak için safir üzerine katkılanabilmektedir. 30

41 Metal aynalarda daha dirençli bir yüzey tabakası ve alt tabaka seçilmeli ve kullanılmalıdır. En iyi çözümün (IR bölgede) saf bakır, gümüş ya da altının bakır ya da molibdenyum üzerine katkılanması olduğu gözükmektedir. Koruyucu (izolasyonlu) tabakalardan kaçınılması gerekmektedir. Basit, etkili fakat çok pahalı bir çözüm ise optik kaviteyi uzatarak aynalar üzerindeki gücü azaltmaktır Salındırıcı magnet Sinkrotron Işınımının yoğun ve olabildiğince koni özelliğinde oluşması için periyodik seriler halinde dizilmiş eğici (bending) magnetlerden oluşan özel magnet serileri (Şekil.8) zigzaglayıcı (wiggler) ve salındırıcı (undulator) magnetler olarak adlandırılmaktadır (Wille 1996). Şekil.8 Değişen polaritede kısa eğici magnetlerin periyodik olarak sıralanmasından oluşan zigzaglayıcı ya da salındırıcı magnet Salındırıcı magnet alanı Bir salındırıcı magnet alanı periyodiktir. Manyetik alan; λ u period uzunluğunda ve demet ekseni boyunca ϕ Bz( sz, ) = = ka u cosh( kz u )cos( ks u ) z (.55) 31

42 A sabitini belirlemek için kutup uçlarının orta noktasındaki B 0 akı yoğunluğunun λu g incelenmesi gerekmektedir. Bu noktanın koordinatları, ( sz, ) = (, ) dir. 4 B A = (.56) g ku cosh( π ) λ u B0 g Bz( sz, ) = cosh( ku )cos( ks u ) g cosh( π ) (.57) λ u Bu durumda demet ekseni boyunca değişen alanın pik değeri; B B = g cosh( π ) λ 0 (.58) u B, kritik olarak g λ u oranına bağlıdır. Bir λ u period uzunluğunda, magnet kutuplarının birbirine olan uzaklığını veren g değeri artıyorsa, bu durumda demete etkiyen alan hızla azalır. Bu sebeple çok kısa periyod uzunlukları için magnet kutupları arasındaki gap uzaklığı oldukça küçük tutulmalıdır. Minimum gap uzaklığı demetin enine boyutu ile belirlenmelidir. z ekseni boyunca olan manyetik alan (z 0) üzerinde çalışılarak yukarıda elde edilen denklemlerden bu alan; B () s = B cos( k s) (.59) z u şeklinde yazılabilir (Wille 1996) Salındırıcı magnet içerisinde hareket denklemi 3

43 Elektron salındırıcı magnet magnet içerisinden geçerken Lorentz Kuvvetinin etkisinde kalır. F = p = mγυ = eυ B (.60) e Elektronlar salındırıcı magnette s ekseni boyunca yol alırken yatay salınım hareketini indükleyen Β ( s) alanı ile karşılaşırlar. Söz konusu manyetik alan, boyuna hız z bileşeninde periyodik bir değişime neden olur. Bu durum parçacığın s ekseni boyunca olan hız bileşeni ile birleştiğinde yatay eksen yönünde eğilmelere neden olmaktadır. Salındırıcı magnetler içerisindeki parçacık hareketinin temel özelliklerini belirleyebilmek için; parçacığın yatay yöndeki hareketini incelemek gerekmektedir. Parçacığı ideal yörüngesine götürecek olan maksimum açı; θ w dir. Elektron kaynağı Şekil.9 Zigzaglayıcı/salındırıcı magnet içerisindeki parçacık yörüngesi (Wille 1996) 1 λueβ θw = x max = γ πmc e (.61) λueβ K = π mc e (.6) K, zigzaglayıcı ya da salındırıcı parametresi olduğundan maksimum yörünge açısı; 33

44 K θw = (.63) γ K=1 olan bir zigzaglayıcı ya da salındırıcı magnet içerisinde θ w 1 = dır. Bu aslında γ sinkrotron ışınımının doğal yayılma açısıdır. Zigzaglayıcı ve salındırıcı magnetler arasındaki farklılık, eğicilik kuvvetindedir ve uygun K parametresi kullanılarak belirtilmektedir. Salındırıcı magnetlerde eğicilik çok zayıftır, bu sebeple çok küçük bir yayılma açısı ile bütün ışıma neredeyse paraleldir. Zigzaglayıcı magnetler daha kuvvetlidir ve geniş bir spektrumda ışıma yaparlar. Herhangi bir yörünge üzerindeki parçacığın hız izdüşümüne bakıldığında; yatay hız bileşeni x ve boyuna hız bileşeni s olmak üzere buların vektörel toplamı β c sabittir ve Şekil.10 da gösterilmiştir. Şekil.10 Yörünge üzerindeki parçacık hızının izdüşümü (Wille 1996) Parçacık hareketine elektronun durgun çerçevesinden bakıldığında; * x = x ve * s γ s βct = ( ) Lorentz dönüşümleri uygulanarak; K x * () t = cos( ωut) k γ u (.64) 34

45 K () = sin( ω ) ut 8k γ * s t u eşitlikleri elde edilir. Bu eşitlikler, 8 rakamı şeklinde kapalı bir yörüngeyi göstermektedir. K nın çok küçük değerleri için ekseni boyunca olan hareket çok küçük olup, yatay eksen yönünde basit salınımlar şeklinde olmaktadır. K değeri arttıkça yatay genlik lineer olarak artarken boyuna hareket değişimi quadratik (değişimin karesi) olarak artar. Böylece 8 şekli genişler. * s.9. Osilator SEL in ana parametreleri.9..1 Dalgaboyu Bütün dalgaboyu bölgelerinde serbest elektron lazerlerin tasarımı aynı fiziksel prensipleri gerektirse de maliyeti ve kullanım alanları dalgaboyu aralığını belirlemede önemli rol oynamaktadır. Belirlenen bir dalgaboyu bölgesinde geliştirilen serbest elektron lazerlerde amaçlanan araştırma ve geliştirmeler bütün dalgaboyu bölgeleri için geliştirilen serbest elektron lazerlerden daha kullanılır olmaktadır. Farklı spektral bögeler için elde edilen serbest elektron lazer dalgaboyu aralıkları; Uzak infrared bölge (1000 µ m -10 µ m ), Yakın infrared, görünür ve ultraviyole bölge (10 µ m -00 nm), Vakum ultraviyole ve daha ileri ultraviyole bölge (00 nm-10 nm), X ışını bölgesi (100-1 ) dır. Yakın infrared, görünür ve ultraviyole bölgesinde ticari lazerler yaklaşık, 10 µ m -00 nm aralığındadır. Ticari lazerlerin sınırlarını çok bulunmayan cihazlar artırarak 10 µ m nm ye kadar genişletmiştir. Bu bölge, bilimsel araştırmalar ve tasarlanmış 35

46 araştırmalardaki yaygınlığı, bu bölgedeki foton kaynakları ve dedektörlerin gelişmiş olması ve malzemenin temel özellikleri sebebiyle çok önemlidir. Moleküler titreşimlerin parmakizi bölgesi yakın infrared bölgeye, kimyasal bağların değerlik geçişleri görünür ve ultraviyole bölgeye ve katıların band aralıkları görünür ve yakın infrared bölgeye düşmektedir..9.. Enerji ve güç E = γmc ifadesi elektron demeti için γ E (MeV) dir. K ebλ πmc 0 = salındırıcı magnet parametresi salındırıcı magnetin B manyetik alanı ile orantılıdır (tipik olarak K=1 ile 3 arasındadır). Lazer dalga boyunun ayarlanması K parametresinin değerini değiştiren salındırıcı magnetin kutupları arası uzaklığın sürekli değiştirilmesi, elektron enerjisinin değiştirilmesi ya da ikisinin kombinasyonu ile yapılır. Tipik elektron enerjileri; 5-10 MeV uzak infrared bölgede dalga boyu üretimi, MeV orta infrared bölgede dalga boyu üretimi, MeV UV-VUV bölgede dalga boyu üretimi, 10-0 GeV X Işınları bölgesinde dalga boyu üretimini sağlar. Linak sürücülü SEL lerde elektron hızlandırıcısı büyüktür ve pahalıdır, elektron kayıpları ile elde edilen iyonize ışıma korunma ve uzaktan kontrol gerektirmektedir. Bir infrared SEL osilator kısa dalga boyları için daha az enerji (tipik olarak 5-50 MeV civarında) gerektirmektedir. Tipik infrared SEL ler (atmalı pulslarla çalışanlar) 10-0 m uzunluğundadır. Bu tip SEL lerde hızlandırıcının, kontrol odası ve kullanıcı odalarının yanı sıra bir koruma odası olması gerekmektedir (Couprie and Ortega 000). 36

47 P e elektron demetinin gücü olmak üzere SEL çıkış gücü; P r =.6 P 1 e P e (.65) 4πN 5N.9..4 Akı, parlaklık ve aydınlık Demet kesit alanı σ = εβ denklemi ile açıklanır. Burada β, demetin odaklandığı noktayı açıklayan, pozisyon bağımlılık ifadesidir. β, magnet yapısı ve quadropollerin kuvvetine göre geniş bir seçenek aralığında değişmektedir (Wille 1996). SEL ışınımında, saniye başına bir enerji aralığında yayılan foton sayısı anlamına gelen akı, önemli bir büyüklüktür. Kullanılanılabilir foton enerjisinin 0.1% bandgenişliği enerji aralığını oluşturmaktadır. Bu enerji aralığındaki foton akısı (F) genellikle 1 A lik demet akımına normalizedir ve şu bağımlılıkla açıklanır; foton F = (.66) s 0.1% band genişliği Demet kalitesi brightness (parlaklık) ve brilliance (aydınlık) terimleri ile açıklanır. Parlaklık terimi yalnızca açıklamaktadır (Wille 1996). σ = ε x, z xz, ifadesi ile verilen demetin açısal sapmasını βx, z F F βxβz foton S = = = (.67) πσ σ π ε ε s0.1% band genişliği mrad A x y x z Aydınlık aynı zamanda enine demet yönü ile ilgilidir; σ ε β = (.68) x, z x, z x, z 37

48 Aydınlık ifadesi parlaklık açıklamasına dayanmaktadır; F F B = = 4π σσσσ 4πεε x z x z x z B foton = s 0.1% BWmm mrad A (.69) Bu açıklamalar Gaussyen biçimli elektron demetini ifade etmektedir. Aydınlık ve parlaklık, demet yayınımını ve dolayısıyla elde edilen ışınım demetinin kalitesini ifade eden ve deneysel açıdan en önemli parametrelerdir (Wille 1996) Ayarlanabilirlik SEL leri kullanılır kılan bir yanı, ayarlanabilir olmalarıdır. Işıma dalga boyu elektron enerjisi, salındırıcı magnet alanı ya da her ikisinin değişimi ile de elde edilebilmektedir. Pek çok IR-FEL laboratuvarı elektronları hızlandırmak için RF lineer hızlandırıcıları kullanmaktadır. RF linaktaki enerji değişiminde enerjideki ufak bir değişim için bile elektron demet enerjisinin kalitesini korumak için RF alanının fazının ve genliğinin dikkatli bir şekilde ayarlanması gerekmektedir. Ayrıca eğici magnetlerin uyarılması, quadropol lensler, çelik bobinler gibi lazer kaviteye elektron demetinin enjektesinde kullanılan araçlar enerji ile eşzamanlı olarak taranmalıdır. Bu problem, SEL lerde, elektronlar hızlandırma sistemi boyunca ilerlerken artmaktadır (Bakker, van de Geer et al. 1993). Bu durumun aksine, salındırıcı magnet aralığının değiştirilmesi metodu ile dalga boyu değişiminin sağlanması, bu tip sınırlamalar gerektirmediğinden daha kulllanışlıdır. Hızlandırıcı ve eğici sistemi tarama yapıldığında değiştirilmeden kalabilir, olası bir sınrlama getirildiğinde örneğin salındırıcı magnetin başlangıç alan değerinden büyük bir sapma olduğunda enine elektron demet formatı salındırıcı magnet alanı ile artık uyum göstermeyecektir. Bu durum, tek geçişteki lazer kazancını azaltacaktır. Salındırıcı magnet içindeki manyetik alanının değişiminin elektromagnetleri de içerdiği açıktır. 38

49 Fakat uzak infrared spektral bölgesinde ve infrared bölgesinde SEL ler için büyük alan kuvveti ve küçük periyod gerekli olmaktadır. Bu sebeple salındırıcı magnetler genellikle kalıcı magnetlerden oluşturulur ve eksen üzerindeki alan sadece magnetler arasındaki gap ayarı değiştirilerek sağlanır (Bakker, van de Geer et al. 1993) Monokromatiklik Elektronlar salındırıcı magnet içerisinde hareket ederken periyodik manyetik alandan dolayı enine salınım gösterirler. Salınımlar salındırıcı magnetin periyod uzunluğunun belirlediği frekanslara sahiptir. Bu frekans laboratuvar çerçevesinde; π πβ c Ω w = = = kuβc (.70) T λ u olarak verilmektedir. K<<1 için parçacık hızının boyuna değişimi ihmal edilebilir ve bu şekilde x yönünde etkili bir salınım elde edilir. Eş referans çerçevesinde hızı ile bu frekans; * β ortalama * * ω = γ Ω (.71) w eşitliğine göre dönüştürülür. Elektron bu referans çerçevesinde ω * frekansı ile monokromatik bir ışıma yapar. Bu monokromatik ışıma, ani sinkrotron ışıması, salındırıcı magnetlerin tipik özelliğidir. Periyod sayısı yeterince fazla ise ışımanın yoğunluğu normal sinkrotron ışımasından çok daha fazladır. Bu yüksek yoğunluklu dar band monokromatik ışımalar, salındırıcı magnetlerin özelliklerinden birisidir. Salındırıcı magnet ışımasının kullanıldığı pek çok deney için salındırıcı magnet spektrum çizgisinin genişliği oldukça önemlidir. Bu, temel olarak λ u period uzunluğu ve N u salındırıcı magnet period sayısı ile belirlenmektedir. Salındırıcı magnetin toplam uzunluğu böylece L u = N u λ u ile belirlenir. Elektronlar salındırıcı magnete s 0 L u 39

50 L noktasında girerler ve s u 0 + noktasında salındırıcı magnetten çıkıncaya kadar ω w frekansı ile sürekli bir ışıma yayarlar. Burada göstermektedir. s 0 noktası salındırıcı magnetin merkezini Salındırıcı magnetten yayılan ışınımın spektral çizgi keskinliği, salındırıcı magnet periyod sayısı N u arttıkça artmaktadır (Wille 1996) Koherentlik (zamansal, uzaysal) Genellikle SEL ler kırınım limitli enine koherentliğe sahiptir. Çıkış modu genellikle Gausyen moda yakındır. Bir optik kavite kullanan Osilator SEL ler optik kavitede çoklu geçişler sebebiyle çok iyi bir enine koherentlik göstermektedir (Dattoli, Torre, Guianessi and Depanfilis 1989). Zamansal koherentlik lazerin band genişliğine bağlıdır. Optik paketin karakteristik uzaysal genişliği; σ E 0.5 σ z (.7) Elde edilen spektrumda ışınımın band genişliği; ω ω 1/ 1 λ (.73) n Nσ L z İlk durumda ışınımın atma uzunluğu, kayma ve elektron paketçik uzunluğunun geometrik anlamı ve ışınımın band genişliği ise anlık band genişliğinin (1/N) ve λ Fourier Transform limitinin ( ) geometrik anlamı ile orantılıdır. Koherentlik zamanı; σ z 40

51 t c σ z 0.5 (.74) c Eşitlik koherent uzunluğunun puls uzunluğu ile orantılı olduğunu göstermektedir. Düşük kazanç ve osilator konfigürasyonda çalışan bir SEL in uzaysal koherent uzunluğu Rayleigh uzunluğu ile ilişkilidir; Z R πω = 0 (.75) λ ω 0 demetin bel kalınlığıdır. Optik demet Rayleigh uzunluğunu geçtikten sonra kırılır ve demet boyutu iki katına çıkar. Uzaysal koherentlik kazanç katsayısını artırarak genişler. Kazanç etkisi yüzünden optik demet sürekli geriye elektron demetine doğru odaklanır (Dattoli, Torre, Guianessi and Depanfilis 1989). SEL in koherent özellikleri lazer mekanizmasının temel proseslerinin farklı olması sebebiyle geleneksel lazerlerden farklıdır. Paketçikli yapıdaki elektron demeti için lazer band genişliği anlık ışımadan daha geniş olabilir bu durumda lazer ışımasının koherent uzunluğu anlık ışımadan daha kısa olur. SEL ışımasının koherent özellikleri elektron demetinin özelliklerine bağlıdır Kutuplanma Pek çok bilimsel ve endüstriyel uygulamada örneğin; kristal moleküller ve moleküler etkileşmeler, yarıiletkenler, polimerler ve sıvı kristaller gibi değişik yapılar üzerinde yapılan çalışmalarda kutuplanmış (polarize) elektromanyetik ışınıma ihtiyaç vardır. Serbest Elektron Lazerlerde kutuplanma henüz detaylı olarak tartışılmamasına rağmen kısmen bazı konulara değinilmiştir. FEL lerin polarizasyonu değişik salındırıcı magnet çeşitleri ve bunların kombinasyonu ile ilgili olduğundan, eksen üzerindeki manyetik 41

52 alan etkisi ile dış bir polarizasyon kaynağı kullanılmadan ışınımın kutuplanması sağlanabilmektedir. SEL Osilator kutuplanmasında giriş sinyali ilk durumda ani bir ışıma yapar. Işıma geniş bir spektrumdadır ve olası bütün kutuplanmaları kapsamaktadır. Kutuplanma optik kavitede gerçekleşmektedir. SEL ışınımı kavite eksenine yaklaştıkça elektron yörüngesine göre daha polarizedir. Işınım, düzlem salındırıcı magnet ekseninde lineer polarize, helisel salındırıcı magnet ekseninde dairesel polarizedir. Yörünge şekli salındırıcı magnet aracılığıyla belirlenir (Papadicev 1996). a. b. Şekil.11.a. Lineer yatay kutuplanma, b. Dairesel kutuplanma 4

53 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 Materyal Hızlandırıcılara Dayalı Kızıl Ötesi Serbest Elektron Lazeri (IR-FEL) Optimizasyonu konulu tez çalışmasında; osilator IR-FEL konulu kaynak kitaplar ve yayınlanmış makaleler ile dünyadaki IR-FEL laboratuvarlarının web sitelerinden faydalanılmıştır. Söz konusu kaynak kitaplar ve makalelerden ulaşılan analitik denklemler, optimizasyonda kullanılan parametre değerleri temel alınarak, Mathematica 5.0 ve OrijinPro 7.5 bilgisayar paket programları kullanılarak çözülmüş ve grafikler çizdirilmiştir. 3. Yöntem Analitik denklemlerin çözümünde osilator IR-FEL konulu kaynak kitaplar ve yayınlanmış makalelerden ve dünyadaki IR-FEL laboratuvarlarından Türk Hızlandırıcı Merkezi projesinde test laboratuvarı olarak önerilen kızılötesi serbest elektron lazeri ile benzer elektron demet enerjisine sahip olan laboratuvarlar örnek alınmış, bu amaçla söz konusu laboratuvarların web sitelerinden yararlanılarak uygun parametre değerleri belirlenmiştir. Parametreleri örnek alınan labratuarlar özellikle, Osaka ifel, Tokyo FEL-SUT, İngiltere DIAMOND, ABD MarkIII ve Fransa CLIO IR-SEL laboratuvarlarıdır. Söz konusu laboratuvarlara ait parametrelere, laboratuvarların web sitelerinden ve yayınlanmış makalelerden ulaşılmıştır. Elde edilen laboratuvar parametreleri örnek alınarak bir osilator IR-SEL tasarımı için enerji yayınımı, faz uzayı yayınımı, kararlılık parametreleri, kullanılabilecek minimum kavite uzunluğu gibi değerler gerekli limit değerlerler içerisinde alınmıştır. Optimizasyonda baz alınan parametreler kitap, makale gibi çeşitli kaynaklardan ulaşılan analitik denklemler 43

54 içerisinde kullanılmıştır. Söz konusu denklemler, ışınımın parlaklık, akı, güç gibi karakteristikleri ve kazanç değerleridir. Işınımın karakteristikleri ve kazancı Mathematica 5.0 bilgisayar paket programında hesaplanmış, hesaplamalardan elde edilen datalar OrijinPro 7.5 bilgisayar çizim paket programı kullanılarak çizdirilmiştir. 4. BULGULAR 4.1 0, 40 ve 50 MeV enerjili linaka dayalı kızılötesi infrared SEL optimizasyonu Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) projesinde test laboratuvarı olarak kurulması planlanan IR-SEL tasarımında (Turkish Accelerator Center Test Facility, TAC TF), bir RF kaynaktan elde edilen elektron demetlerinin 0, 40 ve 50 MeV enerjilerine hızlandırılarak optik kavitelerden geçirilmesi ve IR bölgede koherent ışınım elde edilmesi amaçlanmıştır. Projede iki enerji seçeneği ele alınırken (0 ve 50 MeV) tez çalışmasında üç seçenek üzerinde durulmuştur. Tezin kalan kısmında yapılan optimizasyon TAC IR-SEL olarak anılacaktır. Hızlandırma Bölgesi 1 (0 MeV) Hızlandırma Bölgesi (50 MeV) Optik Kavite 1 Optik Kavite Lazer Işını Demet durdurucu Demet durdurucu Lazer Işını Deney İstasyonları Deney İstasyonları 44

55 Şekil 4.1 Tasarımı yapılan TAC IR-SEL laboratuvarının şematik görünümü SEL klasik bir lazer değildir. Serbest elektron lazer oluşumu, atomik ya da moleküler bir sistemden pompalanmış yayınım olayına dayanmamaktadır. Serbest elektronlar salındırıcı magnetle etkileşir ve ani yayınım, ışınımın gücünü artırır. Tasarımda 0, 40 ve 50 MeV enerjili RF lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demetleri ile IR-SEL osilator serbest elektron lazer elde edilmesi için gerekli optimizasyon yapılmıştır. Optik kavitede kullanılabilecek minimum salındırıcı magnet gap aralığı gausyen demetin bel kalınlığı olarak bilinen ve ışınımın aynalar üzerine düştüğü alanın yarıçapı ile de gösterilen ω ile belirlenir. Spot genişliğine göre ayarlanan uygun büyüklükteki gap aralığı, gausyen demetin tamamına yakınının (yaklaşık %99) iletimini sağlayarak kazanç mekanizmasını etkileyen önemli bir parametredir (Chesworth 000). Optik kavite tasarımında kavite uzunluğu, gausyen demet spot genişliğinin ve özellikle uzun dalgaboylarında kavite aynalarındaki kırınım kayıplarının minimum olması için kısa olmalıdır. Şekil 4. de tasarımı yapılan IR-SEL için spot genişlikleri hesaplanmış ve İngiltere de yapım aşamasında olan DIAMOND SEL tesisi ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. 45

56 w0 w1 w 0.00 Gaussyen Spot Size[m] Gaussian spot size (mm) Dalgaboyu[mikron] a. ω1, ω0 Wavelength (microns) b. Şekil 4..a IR-SEL, b. DIAMOND laboratuvarları için hesaplanan ışınımın spot genişlikleri 46

57 IR-FEL tasarımında optik kavitenin kararlılığını g 1 ve g rezonator parametreleri belirlemektedir. Kararlı bir kavite için g 1, g rezonatör parametrelerinin çarpımı 0 ve 1 aralığında olmalıdır (Chesworth 000). 0 < g. g < 1 (4.1) 1 g 1.g rezonator parametrelerinin verilen aralıkta seçilmesi kavite tasarımında ayna yarıçaplarının belirlenmesini sağlar (Şekil 4.3). Kontrol Parametresi (g 1 *g ) R=5m R=3m R=7m Birinci Ayna Yarıçapı (m) R=11m - 1 R=9m Şekil 4.3 Kontrol parametresine göre aynalardaki eğrilik yarıçaplarının değişimi Salındırıcı magnet, elektronların ilerleme doğrultusu boyunca sağa ve sola hareket etmesini sağlayarak sinüssel herekete neden olan enine periyodik bir manyetik alan kaynağıdır (Wille and Mcfaal 000). Bir salındırıcı magnet alanı, periyodiktir. λ u period uzunluğunda ve demet ekseni boyunca 47

58 B0 g Bs( sz, ) = sinh( ku )sin( ks u ) g cosh( π ) (4.) λ u TAC IR-SEL tasarımı için, B 0 manyetik alan değeri 1.05 T olan Sm Co 17 malzemeden yapılmış bir magnet düşünülmüştür. Samaryum Kobalt, µ r =1 olan bir malzemedir (Şekil 4.4). N z S Z/S magnet kutbu S B 0 0 N g s a. B B/B g/[lambda]u b. Şekil 4.4.a. Salındırıcı magnet kesiti, b. IR-SEL tasarımında kullanılan magnetin manyetik alanının magnet geometrisine bağımlılığı 48

59 Saf bir magnet için eksen üzerindeki pik manyetik alan değeri; B B = g cosh( π ) λ 0 (4.3) u Salındırıcı magnet manyetik alanı içerisinde elektron enine hız bileşeni kazanır. v K π π = cos( s),sin( s ),0 (4.4) γ λ λ K γ salındırıcı magnet ekseninden maksimum sapma açısıdır. Optimizasyonda yaklaşık 15 µ m dalgaboyu aralığı için gerekli olan salındırıcı magnet gap aralığı ve kuvvet parametresi değerleri üzerinde çalışılmış ve gap aralığı 7.5 < g < 16.6 mm olarak hesaplanmıştır. Şekil 4.5 ve 4.6 da farklı dalgaboylarına karşı hesaplanan K salındırıcı magnet parametresi ve salındırıcı magnet gap aralığı değerleri grafik üzerinde DIAMOND ile karşılaştırmalı olarak gösterilmektedir. K MeV 14 1 ] Undulator Gap[mm MeV K parameters 50 MeV 0 0 MeV waveleng th[mikrons] 49

60 Şekil 4.5 IR-SEL için -5 mikron dalgaboyu aralığında her dalgaboyu değerine karşılık gelen salındırıcı magnet gap ve kuvvet parametresi değerleri 0, 30, 40 ve 50 MeV enerji değerleri için kuvvet parametresi 0.8 K 1.5 değerleri arasında değiştirilerek hesaplanmıştır. Undulator gap(mm) MeV 40MeV 0MeV gap K aperture 40MeV 30MeV 0MeV K (rms) wavelength (microns) Şekil 4.6 DIAMOND laboratuvarları için mikron dalgaboyu aralığında hesaplanan salındırıcı magnet gap ve kuvvet parametresi değerleri Salındırıcı magnet ışımasının spektral ve açısal durumu, salındırıcı magnet içerisindeki farklı kaynak noktalarından yayılan gücün girişim mekanizmasının sonucudur. Bu şekilde ilerleme doğrultusunda yayılan ışınım pozitif girişim oluşturacaktır. K salındırıcı magnet kuvvet parametresi, γ elektron demetinin Lorentz faktörü ve λ u salındırıcı magnet periyodu olmak üzere elde edilen serbest elektron lazerinin dalgaboyu; λ = u K λ 1 + r (4.5) γ Pratik birimlerde ışınımın dalgaboyu µ m veya olarak ve foton enerjisi kev veya ev olarak verilir. 50

61 E [ GeV ] ε[ kev ] = (1 + K ) λ [ cm] (4.6) u Salındırıcı magneti bir geçişte elde edilen ışınımın atma uzunluğu elektron ve yayılan foton arasındaki hız farkına bağlıdır. Kayma uzunluğu olarak bilinen bu değer atmalı SEL teorisinde önemli rol oynar (Dattoli, Renieri and Torre, 1993). = (1 β ) Nλ = λ (4.7) z u N r Yayılan atmanın zamanı π c δ = olarak verilir ve frekans bandgenişliği ( ω) = dir. c Işımanın bandgenişliği; ω 1 (4.8) ω N salındırıcı magnet ışık atması elektron yörüngesi gözlemci Magnet ekseni Şekil 4.7 Salındırıcı magnetten yayılan sinkrotron ışımasının geometrisi (Dattoli and Renieri 1993) Yayılan ışıma N periyodlu bir dalga treni içerir ki etkileşmenin spektral biçimi; sin v / f() v =, v N ω 1 π ω = (4.9) v / ω 1 Pratik birimlerde akı, foton.s -1.mr -1.(0.1%bandgenişliği) -1 üzerinde yayılan ışımanın akısı (Turner 1990); birimiyle verilir ve eksen 51

62 d Fn dωdω θ = 0 = *10 N E [ GeV] I[ A] Fn( K) f( nv ) n (4.10) nω v 1 ω n π N n ω 1 = (n=1, 3, 5,...) (4.11) F ( K ) lineer salındırıcı magnet için; n ξ n 1 n+ 1 n J ( nξ ) J ( nξ ) (4.1) Lineer bir salındırıcı magnet için 0, 40 ve 50 MeV elektron demet enerjilerinde elde edilen ışınımın akısı incelenmiştir (Şekil ). akı ω (Hz) frekansj s Şekil 4.8 E=0 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği akı frekansj ω (Hz)

63 Şekil 4.9 E=40 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği akı ω (Hz) Şekil 4.10 E=50 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği frekansj s Şekil 4.10 E=50 MeV ve n=1, 3, 5 için elde edilen akı grafiği Birim frekans aralığı ve birim katı açı başına yayılan enerji anlamına gelen salındırıcı magnet ışımasının parlaklığı (Wille and Mcfaal 000); F F ββ x z B = = πσ σ π εε x y x z = foton s0.1% BWmrad A (4.13) Salındırıcı magnet ışmasının aydınlığı ise enine demet boyutlarıyla ilişkili olup F F S = = = foton s mm mrad bg (4.14) 4πσσσσ 4 / / / /%0.1 x z x z πεε x z 53

64 eşitliği ile verilmektedir. Aydınlık ve parlaklık nicelikleri demet kalitesini veren niceliklerdir. Aslında elektron demetinden kaynaklanan salındırıcı magnet ışıması, farklı pozisyon, açı ve enerjilerdeki elektonlardan yayılan ışımanın dalgaboylarının girişimi ile oluşmaktadır. Bu sebeple yayılan ışımanın spektrumunun elektron demetinin enerji yayılımı ve yayınımından etkileneceği açıktır. Enerji yayınım ve yayılımı elde edilen ışımanın pik değerinde azalma ve spektrumunda genişleme meydana getirmektedir. TAC IR-SEL laboratuvarının pik ve doyum parlaklık grafikleri Şekil 4.11 de gösterilmiştir. Sat.Brightness 4.00E+0 Saturation Brightness 3.00E+0.00E E E Foton Energy(keV) a. PeakBrightness 5.00E E+09 Peak Brightness 3.00E+09.00E E E Foton Energy(keV) 54

65 b. Şekil a. SEL kavite içi doyum parlaklığının foton enerjsine karşı değimi, b. SEL pik parlaklığının foton enerjisine göre değişim grafiği 1E9 Bp Bs Parlaklik(Foton/s/mm/mrad/0.1%bg) 1E8 1E7 1E6 1E5 1E4 1E3 1E 1E1 1E0 1E19 1E18 1E-5 1E-4 1E-3 Foton Enerjisi(keV) Şekil 4.1 SEL parlaklığının foton enerjsine karşı değiminin logaritmik gösterimi Serbest elektron lazer prensibi salındırıcı magnet boyunca yayılan fotonların optik kavitede tuzaklanarak yeni gelen elektronlarla etkileşime girmek suretiyle elektronların ani ışıma yapmaya zorlanarak ışıma elde edilmesidir. Kazanç kavite kayıplarından yüksekse ışıma doyuma ulaştığında oldukça yüksek koherent ışınım elde edilmiş olur. SEL teorisinde genellikle düşük sinyal kazanç bölgesinde karşımıza çıkan kazanç parametresi (Karslı, Mete ve Yavaş 005); 55

66 0 16 π JAm [ / ] λ r u γ Ia g = [ m] L [ m] N ξ F( ξ ) (4.15) 1 ξ = K 4 (1 + K / ) F( ξ) = J ( ζ) J ( ζ) ve 0 1 J n = n. mertebe Bessel fonksiyonu Eşitlik (4.15) de kısa dalga boyları için kazancın azaldığı açıkça görülmektedir. Kazanç gerçekten, kısa dalgaboylarında yani kısa dalgaboylarına ulaşmak için gerekli yüksek elekton demet enerjilerinde azalmaktadır. SEL osilatorlar için yüksek parlaklıklı elektron demeti (yüksek akım yoğunluğu) elde etmek için lineer hızlandırıcılar gerekmektedir. Şekil 4.13 ve 4.14 de TAC IR-SEL projesi ve DIAMOND laboratuvarının (%) kazanç ve dalgaboyu grafikleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir MeV 100 Kazanç (%) (%) Gain 80 0 MeV Wavelength[mikrons] Dalgaboyu (mikrometre) Şekil 4.13 TAC IR-SEL laboratuvarı için dalgaboyuna göre kazanç (%) grafiği ( 0.8 K 1.5 ) Kazanç (%) Gain ( %) E = 40MeV E = 0MeV E = 30MeV Wavelength (microns) Dalgaboyu (mikrometre)

67 Şekil 4.14 DIAMOND laboratuvarının dalgaboyuna göre kazanç (%) grafiği g 0 kazanç parametresi olmak üzere gerçek kazanç; G=0.85 g g *10 -.g 0 3 (4.16) Eşitliği ile belirlenir. Eşitlik (4.16) ile çizdirilen gerçek kazanç, kazanç parametresi grafiğine göre elde edilen ışınımdan sağlanan kazanç, kavite içerisindeki kayıplar (aynalar, girişim kayıpları) dikkate alındığında her zaman bu eğrinin altında kalacaktır (Şekil 4.15). Gain Kazanç g0 Şekil 4.15 Maksimum kazanç ve kazanç parametresi grafiği Elektron atması ile optik atma arasındaki kayma (slippage) etkisini ve girişim kuvvetini belirleyen boyutsuz µ c parametresi; µ c = (4.17) σ z Kavite içerisinde hiçbir kayıp olmadan elde edilen ideal maksimum kazanç; 57

68 G=0.85 g 0 (4.18) Atma etkileşmelerinden kaynaklanan düzeltmeler dikkate alındığında; θ θ µ G( θµ, c) = 0.85g0 ln 1+ 1 (4.19) θ θ δ L kavite uyumsuzluk değeri ve θ kavite ayar parametresi olmak üzere; s s 3 c 4δ L θ = g, θ s = (4.0) 0 TAC IR-SEL laboratuvarı için kısa atma etkileri dikkate alındığında 0, 40 ve 50 MeV elektron demetleri ile elde edilen ışınım demeti için belirlenen kazanç (%) değerlerinin kavite ayar parametresine göre değişimi Şekil 4.16 da gösterilmiştir MeV 40 MeV 50 MeV 0.6 Kazanç(%) kavite ayar parametresi Şekil 4.16 TAC IR-SEL laboratuvarında elde edilen ışınım demeti için belirlenen kazanç (%) değerlerinin kavite ayar parametresine göre değişimi. P 0 ışınımın maksimum çıkış gücü olmak üzere; E P =, P= P0 P (4.1) θ 58

69 Kavite kayıpları hesaba katıldığında; 0, 40 ve 50 MeV elektron demetleri için elde edilen ışınımın kavite ayar parametresine göre çıkış gücü değerleri Şekil 4.17 de gösterilmiştir FEL Gücü [MW] Kavite ayar parametresi [mikron] a FEL Gücü [MW] Kavite ayar parametresi [mikron] b FEL gücü[mw] Kavite ayar parametresi [mikron]

70 c. Şekil a., b., c. 0, 40 ve 50 MeV enerjili elektron demetlerinden elde edilen ışınımın kavite ayar parametresine göre çıkış gücü Lineer hızlandırıcılar bugüne kadar IR-SEL deneylerinin çoğunluğunda elektron kaynağı olarak tercih edilmiştir. Linakların sadece geniş oranda mevcut olması değil demet özelliklerinin SEL gereksinimleri ile uyum göstermesi SEL deneylerinde kullanımlarını artırmıştır (Roberson and Hafizi, 1990, 1993). Bütün linaklar, faz hızı içlerinden geçen elektron hızı ile uyumlu olan RF dalga klavuzları ile çalışırlar. Paketleme linak tarafından sağlanan pik akımını belirler. İstenilmeyen yayınım artışını engellemek için paketleyici içerisinde paketleme işlemini kontrol etmek gerekmektedir. Paketleyici aynı zamanda demet enerji yayınımına katkıda bulunan en temel mekanizmadır ve tasarımı SEL çalışmaları için hayati önem taşımaktadır. Pek çok linak bir ön paketleyici kavite içerir ki bu, tabancadan çıkış enerjisini ve paketçiklenmeyi ayarlayarak kısa bir sürüklenme uzunluğunda demeti paketlenmeye hazırlar (Turner 1990). Çoğu elektron linaklar S band (genellikle 3 GHz) veya L band (genellikle 1.3 GHz) frekansı ile çalışırlar ki bunlardan ikincisi daha az yaygın ve daha pahalı olanıdır. L band yapılarda 15 ps olan paketçik uzunluğu S band yapılarda 5 ps olan paketçik uzunluğuna göre daha fazladır. Her iki yapıda da 100 A e kadar yüksek pik akımı elde etmek mümkün olabilmektedir. Bununla birlikte bu tip yüksek pik akımları sadece alt harmonik paketleme teknikleri ile elde edilebilmektedir öyle ki çoğu RF paketçikleri boştur ve elde edilen ortalama akım makropuls içerisinde en elverişli seviyededir. Makropulslar pek çok SEL tasarımında kritik faktördür ve optik kavitedeki aynalar arasında ışınımın geçişlerini uygun miktarda sağlamak ve doyumu garantilemek için yeterince uzun olacak şekilde tasarlanır. Limitler teknolojiktir ve klistron (güç kaynağı) oranlarına, atma şekillendirme hattına ve güç dağılımına bağlıdır ve bu sebeplerden 60

71 dolayı çoğu linakta makropuls uzunluğu 5µs civarındadır. Fakat IR-SEL lerde 10-0 µs puls uzunluğu istenilen bir ölçüdür. Bakır ve süperiletken kaviteler için maksimum ulaşılabilir gradyent frekans ve sistemin atmalı ya da sürekli dalga yapısında olmasına bağlıdır. Buna göre atma yapılı elektron demetleri ile yapılan çalışmalarda gradyent limitini belirleyen formulasyon Kilpatrick limiti (E Kp ) ile belirlenir (E Kp MV/m ve f MHz olarak alındığında); 8.5 E ( ) Kp 1.64 Kp f = E e (4.) Bu eşitlik atmalı bakır cihazlarda demetin yüksek frekanslarda kontrol edileceğini göstermektedir. Örneğin atma yapılı işlemlerde 50 MV/m, yaklaşık 700 MHz frekans gerektirmektedir (Neil and Merminga 00). Aynı frekansta süperiletken ve bakır kaviteler kullanıldığında elde edilecek gradyent limit için bir örnek TTF SEL den (Tesla Test Facility) verilebilir MHz dokuz hücreli süperiletken bir kavitede gradyent 4 MV/m iken bu frekanstaki atma yapılı bir bakır kavitede gradyent 55 MV/m dir. Burada dikkat edilmesi gereken çalışma koşullarına pekçok kavite parametresinin bağlı olması sonuçları etkilemektedir. Şekil 4.18 kararlılık durumunda olduğu farzedilen gradyent limitlerini göstermektedir (Neil and Merminga 00). CW SRF CW Bakır Atmalı SRF Atmalı Bakır CW SRF data Gradyent (MV/m) Frekans 61

72 Şekil 4.18 Atmalı ve sürekli dalgalarda bakır ve süperiletken RF linakların gradyent limitleri (Neil and Merminga 00) Optimizasyon yapılırken lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demet enerjileri 0, 40 ve 50 MeV olarak belirlenmiştir. σ l paketçik uzunluğu 0.5 mm ve paketçik yükü 00 pc olarak kabul edilmiştir. Pik akım değeri; I Qc = (4.3) (.35 σ ) l 50 A olarak belirlenmiştir. Kullanılacak salındırıcı magnet türü, periyodu ve kutup sayısı dünyadaki benzer örnekleriyle karşılaştırması yapılarak belirlenmiştir. Salındırıcı kuvvet parametresi 0.8 ile 1.5 arasında değiştirilecektir. Faz uzayındaki yayınım (emittans); 1/ γν λ= ε (1 + K ) εn = γβε (4.4) ν = Ib[ ka]/17β, Budker parametresi olarak adlandırılmaktadır. Enerji yayınımı; = E E δ 4πN (4.5) Kavite ayar parametresinin maksimum olduğu.6 değeri için TAC IR-SEL in enerji yayınımı değeri %0.17 olarak hesaplanmıştır. Kazancın düşmemesi için enerji yayınımının ışınım 6

73 yoğunluğunun yarıband genişliği λ 1 < değerinden daha küçük olması şartı bulunmaktadır. λ N TAC IR-SEL için %0.17 lik enerji yayınım değeri limit değerler içerisinde kalmaktadır. Ayrıca, TAC IR-SEL ışınımının P L lazer çıkış gücü, g salındırıcı magnet aralığının maksimum değeri ve B 0 maksimum manyetik alan şiddet değerleri eşitlik 4.3 ve.65 kullanılarak hesaplanmıştır. Çizelge 4.1, 4. ve 4.3 de dünyadaki örnekleriyle karşılaştırılarak yapılan araştırmalar ve hesaplamalar sonucunda IR-SEL laboratuvarı olarak tasarlanan parametreler görülmektedir. Çizelge 4.1 TAC IR-SEL laboratuvarının elektron demet parametreleri. ELEKTRON DEMET PARAMETRELERİ Elektron beam energy (MeV) Akım yoğunluğu (A/cm ).85* * *10 8 Paketçik yükü (pc) Pik paketçik akımı (A) Ortalama akım (ma) Normalize yayınım (mm mrad) <10π(3.5) <10π <10π (0.9) Enerji yayınımı ( Ε/Ε) Çizelge 4. IR-SEL laboratuvarının salındırıcı magnet parametreleri. SALINDIRICI MAGNET PARAMETRELERİ Işınımın dalgaboyu, λ r (mikrometre) Lazer çıkış gücü (MW) Salındırıcı magnet periyodu, λ u (cm), Salındırıcı magnet kutup sayısı Magnet uzunluğu, L u (m) Salındırıcı magnet aralığı, g (mm) Maksimum alan şiddeti, B 0 (T) Salındırıcı magnet kuvvet parametresi, K

74 Çizelge 4.3 IR-SEL laboratuvarının optik kavite parametreleri. OPTİK KAVİTE PARAMETRELERİ Optik kavite uzunluğu, L c (m) Birinci ayna eğrilik yarıçapı, R 1 (m) İkinci ayna eğrilik yarıçapı, R (m) Rayleigh uzunluğu, Z R (m) Kontrol parametresi, g 1 xg Işınım spot genişliği, ω 1 (mm) Işınımın spot genişliği, ω (mm) Işınımın minimum spot genişliği, ω 0 (mm) Tek geçişteki kazanç, G (%) Düşük kazanç bölgesi parametresi, g Kavite içi doyum yoğunluğu, I s (MW/cm ) 3.1 x x x 10 8 Kavite içi güç yoğunluğu, I L 1.4 x x x 10 7 Pik elektron demet yoğunluğu, P E 1x 10 9 x x 10 9 Işınımın doyum parlaklığı 1.53 x x x 10 3 (foton/s/mm /mrad /0.1%bg) Işınımın tepe parlaklığı 3.95 x x x 10 9 (foton/s/mm /mrad /0.1%bg) Foton enerjisi (ev) Işınımın kullanıcı laboratuvarlarında diğer bir ifadeyle deney istasyonlarında kullanılabilmesi için elde edilen ışınımın atma yapısının belirlenmesi gerekmektedir. Osaka daki ifel, Fransa daki CLIO ve Amerika daki MARK III tasarımı yapılan TAC IR-SEL laboratuvarı için örnek alınan IR-SEL lboratuvarlarıdır. Bu IR-SEL laboratuvarlarına ait elektron demet zaman yapıları Çizelge 4.4, 4.5 ve 4.6. da verilmiş ve söz konusu laboratuvarların parametreleri ile uygunluğu karşılaştırılan TAC IR-SEL laboratuvarının elektron demet zaman parametreleri Çizelge 4.7 de belirlenmiştir. 64

75 Elektron demetinin zaman yapısı elde edilecek ışınımın zaman yapısını da belirlemektedir. Bu sebeple elektron demetinin zaman yapısının belirlenmesi elde edilecek serbest elektron lazerinin atma yapısını da belirleyecektir. Bu amaçla tasarımda, elde edilecek ışınımın kullanım alanlarının belirlenerek söz konusu kullanım alanlarına uygun atma yapısını sağlayan bir elektron demet zaman yapısı belirlenmelidir. Çizelge 4.4 MARK III'ün elektron demeti zaman yapısı. Zaman Sabiti Değeri Mikro atma süresi (ps) 1 Mikro atma aralığı (ps) 350 Makro atma süresi ( µ s ) -6 Makro atma tekrarlama oranı (ms) 0 Çizelge 4.5 ifel in elektron demeti zaman yapısı. Zaman Sabiti Değeri Mikro atma süresi (ps) 5 Mikro atma aralığı (ns) 44.8 Makro atma süresi ( µ s ) 4 Makro atma aralığı (ms) 100 RF Frekansı (MHz) 856 Makro atma tekrarlama oranı (Hz) 10 Çizelge 4.6 Vanderbilt Universitesi SEL Laboratuvarında elektron demeti zaman yapısı Zaman Sabiti Değeri Mikro atma süresi (ps) 0.7 Mikro atma aralığı (ps) 350 Makro atma süresi ( µ s ) 8 Makro atma aralığı (ms) 33 RF Gücü (MW)

76 Makro atma tekrarlama oranı (Hz) 30 Tasarımı yapılan TAC IR-SEL laboratuvarı için kullanım alanları temel olarak, biyomedikal ve biyofizik, malzeme ve fotokimya olarak planlanmıştır. Söz konusu uygulama alanları en yaygın -1 µm dalga boyu aralığına düşmektedir. Lazerin biyomedikal alandaki kullanımı genellikle 6.45 µm dalga boyuna, malzeme ve fotokimya alanındaki kullanımı ise 6-1 µm dalga boyu aralığına düşmektedir. Dalga boyu ayarlaması elektron enerjisi, salındırıcı magnetin gap aralığı veya her ikisinin birlikte değişimi ile sağlanabilmektedir. Ancak elektron enerjisindeki değişim hızlandırıcının diğer elemanlarını da etkilediğinden salındırıcı gap aralığının değiştirilmesi teknolojik olarak daha kolay olmaktadır. Çizelge 4.7 IR-SEL laboratuvarı elektron demeti zaman yapısı. Zaman Sabiti Mikro atma süresi (ps) 4 RF Frekansı (GHz) 3 Değeri Mikro atma aralığı (ps) 350 Makro atma süresi ( µ s ) 10 Makro atma aralığı (ms) 100 Linac tekrarlama oranı (MHz) 50 Makro atma tekrarlama oranı (Hz) 10 Işınım demetinin zaman yapısı elektron demetinin zaman yapısına bağlıdır. Işınım Q atmasındaki mikro atma süresini paketçik yükünün pik akımına oranı belirler ( ). I ˆ Optimizasyonda paketçik yükü 00 pc, pik akımı ise 50 A olarak alınmıştır. Söz konusu değerler oranlandığında mikro atma süresi 4 ps olarak bulunur. Bir RF lineer hızlandırıcı frekansı f rf, tipik olarak 1.3 GHz (L bandı) ya da 3 GHz (S band) olmak üzere en az 50 MHz ve en çok 9 GHz (X band) değerlerindedir. Optimizasyonda RF frekansı için benzer laboratuvarlar için en çok kullanılan değer olan 3 GHz seçilmiştir. Seçilen RF frekansı mikro atma aralığını (frekansını) belirleyecektir ( 1 frf ). 66

77 Optimizasyonda dünyada yaygın olarak kabul edilen 3 GHz frekansı RF frekansı olarak kabul edilmiştir. Söz konusu frekansın çarpmaya göre tersi alındığında mikro atma 1 aralığı 350 ps olarak bulunur. Makro yapı tipik olarak 10 10µ s uzunluğunda ve hızlandırıcıyı beslemede kullanılan klistronun verimliliğine bağlı olarak 1 Hz den birkaç 100 Hz e kadar değişen frekanslarda katod atmalar ile belirlenir. Optimizasyonda elde edilen ışınımın tasarlanan kullanım alanlarına göre makro atma uzunluğu 10 µ s ve makro atma tekrarlama oranı (frekansı) ise 10 Hz (100 ms makro atma aralığına karşılık gelmektedir) olarak seçilmiştir. Seçilen frekanslara göre kullanılacak olan klistron belirlenecektir. Söz konusu değerler kullanıldığında bir makro atma içerisindeki mikro atma sayısı ise yaklaşık 9000 olarak belirlenmiştir (Şekil 4.19). 100 ms Zaman 10 µ s Zaman 4 ps 350 ps Zaman Şekil 4.19 IR-SEL tasarımında ışınım demetinin zaman yapısı 4. Dünyadaki IR-SEL laboratuvarları Çoğu SEL Kullanıcı Kuruluşu orta infrared bölge aralığında (-00 µm) RF linaklarla çalışmaktadır. Bunların ortak özellikleri, zaman yapısının birkaç ps uzunluğundaki bir mikropuls serisinden oluşması, puls uzunluğunun ve band genişliğinin, basitçe optik kavite uzunluğunun büyüklüğünün değiştirilerek ayarlanabilmesi, pik gücünün MW düzeyinde olması ve geniş bir ayar oranı, kolay ayarlanabilirliği ve büyük optik kazanca sahip olması ile dalga boyunun, salındırıcı magnet manyetik alanının değerinin 67

78 değiştirilmesi ile (K parametresi aracılığıyla) kolaylıkla değiştirilebilmesidir. Elde edilen ışınım demeti lineer polarizedir. Tesis yada Kuruluş kelimesi ile ifade edilmek istenen tipik olarak kullanıcılarına yılda 1000 saat lazer demeti sağlanmasından ileri gelmektedir. Dünyadaki bazı örnekleri altbaşlıklar halinde verilmiştir (Couprie et al. 000) DIAMOND IR-FEL Projesi (İngiltere) Biyoloji ve malzeme bilimiyle uğraşan bazı bilim adamlarının gelecek bin yılda yapılacak araştırmalar için bir IR-SEL donanımına ihtiyaç duyulduğunu İngiltere Hükümetine bildirmesi sonucu hükümet tarafından DIAMOND Sinkrotron Halkası projesi içerisinde bir IR-SEL donanımı kurulması kararı alınmıştır. Halen Harwell Chilton Bilim Kampüsü nde inşa aşamasında olan Diamond Işınım Kaynağı daha sonra İngiltere nin South Oxfordshire bölgesindeki CCLRC Rutherford Appleton Laboratuvarına kurulacak ve Haziran 007 de ilk bilimsel kullanıcılarına açılacaktır ( 006). Bu tesis, ~10 µm den 100 µm ye kadar olan spektral bölge aralığında çalışacak olup, İngiltere de bulunan araştırmacı ve kullanıcıların çoğunluğu için uygun olmakla birlikte gelecekte bu dalgaboyu bölgesinin 00 µm ye kadar genişletilmesi planlanmaktadır. Böyle bir tesisin DIAMOND depolama halkası için çalışan enjektör linakı üzerinden işlemesi planlanmıştır. İngiltere Güney Oxfordshire Harwell Chilton Bilim Kampüsündeki DIAMOND Laboratuvarının şematik görünümü Şekil 4.0 de gösterilmiştir. DIAMOND STORAGE RING = 19m Linac Cryo & Air conditioning plant room Bending Magnet Undulator Beam dump BOOSTER Bending Magnet User facility 40m 68 RF plant room Storage

79 Şekil 4.0 İngiltere Güney Oxfordshire Harwell Chilton Bilim Kampüsündeki DIAMOND Laboratuvarının şematik görünümü SEL teknolojisi İngiltere de birçok bilimsel alanda değerlendirilebilecektir. SEL in planlanan kullanım alanları şunlardır: Moleküler mühendislik Kompleks moleküllerin kontrollü parçalanmaları için seçici ve net bağlarla moleküllerin ayrılması, biyolojik moleküllerde kütle spektrometresi ve doğrudan kimyasal yörünge yollarının incelenmesinde kullanılması planlanmaktadır Infrared ultra-mikroskopi Bir yarıiletken materyaldeki taşıyıcı yüklerin IR-SEL ile indüklenerek yansımalarının kontrolü infrared mikroskobide mikron altı dünyasının gözlenebilmesini sağlayacaktır. Bu olay hücre biyolojisinde ve örneğin yeni ilaçların elde edilmesinde pekçok uygulamaya neden olacaktır Malzeme (katıhal) fiziği Pump-probe deneyleri ile katıhal fiziğinde lineer olmayan metotlar üzerindeki çalışmalarda, örneğin kuantum kuyuları üzerindeki çalışmalarda faydalanılacaktır Yüzey kimyası 69

80 Elektrokimya ve kataliz çalışmalarında Toplam Frekans Jenerasyon Tekniğinin (sum frequency generation - SFG) gelişiminde ve yüzey kaplama teknolojisinde kullanılacaktır. DIAMOND Işınım Kaynağında lineer hızlandırıcıdan gelen elektron demeti hem sinkrotron halkasına ve hem de SEL e bir eğici (bending) magnet aracılığı ile elektron demeti sağlayacaktır. Dipol magnetteki enerji dispersiyonunu minimuma indirmek için linaktan SEL e doğrudan nakil hattı sağlanması önerilmektedir. Demetin depolama halkasına enjeksiyonu dışında (full enerjili performansla 30 dk. dan daha kısa sürmektedir) IR-SEL neredeyse sürekli olarak çalışabilecektir. SEL için gereken alan henüz tam olarak değerlendirilemese de halkanın içerisinde birkaç deney istasyonu ve destek laboratuvarını kapsayacak şekilde yer ayrılabileceği değerlendirilmektedir ( 006). 4.. ifel IR-SEL Laboratuvarı (Osaka Üniversitesi, Japonya) Osaka Üniversitesindeki Serbest Elektron Lazer Enstitüsü, demet fiziği ve SEL ışınımının uygulama araştırmalarının çalışıldığı bir SEL araştırma kuruluşudur. Üniversitenin öğrencilerine ve bilim adamlarına sağladığı büyük araştırma alanları sayesinde okullarla, üniversitedeki enstitülerle, ulusal enstitülerle ve endüstriyel şirketlerle işbirliği içerisinde değişik bilimsel araştırmalar yapılmaktadır. Enstitüdeki ana araştırma alanları, yüksek kalitede ve daha uzun dalga boylarında ışınım elde etme amaçlı demet fiziği, yarıiletken uygulamaları, çevre kimyası ve demet fiziği çalışmalarının demet kalitesini desteklemesinden faydalanılarak çalışılan biyomedikal uygulamalardır. 004 yılına kadar üniversitelere, ulusal laboratuvarlara ve özel şirketlere ait araştırma grupları ile işbirliği içerisinde 40 uygulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Araştırma alanları biyomedikal uygulamalar, yarıiletken araştırmaları ve fotokimya olmak üzere toplam makine çalışma süresinin sırasıyla 60%, 4% ve 8% ini bu alanlar üzerinde yapılan çalışmalar kapsamaktadır (Couprie et al. 000). 70

81 Osaka ifel de iki adet S band (.856 GHz) lineer hızlandırıcı bulunmaktadır. Bunlardan biri 180 MeV enerjili diğeri ise 0 MeV enerjilidir. Bu hızlandırıcılarla 0.8 µm den 60 µm ye kadar bir spektral bölgede çalışılabilmektedir. Laboratuvarda elde edilen SEL tek ikili puls yapısına sahip olup, bir makropulslar serisi içerir ve her makropuls ultra kısa adet mikropuls içerir. Makropulsların genişliği yaklaşık 15 µs dir ve 10 Hz tekrarlama frekansına sahiptir. Mikropuls genişliği 10 ps den daha kısadır ve mikropulslar arasındaki aralık 44.8 ns dir (O Shea et al. 001). Osaka Üniversitesi ifel Laboratuvarının şematik görünümü Şekil 4.1 de gösterilmiştir. Şekil 4.1 Osaka Üniversitesi ifel Laboratuvarının şematik görünümü Nisan 000 de kurulduğundan 004 yılına kadar olan dönem içerisinde Osaka ifel, demet çalışmalarının yanı sıra kullanıcılarına yaklaşık 5000 saat süreli lazer demeti sağlamıştır. İlk yıl hızlandırıcının testi için zaman harcanılmış olmasına rağmen sonraları demet işlem zamanı yılda saate kadar ulaşmıştır. Araştırma programlarındaki birçok kullanıcı 5-0 µm aralığındaki infrared bölgede çalışma yapabilmektedir. Yapılan fizik araştırmaları ile infrared SEL sistemini kararlı hale 71

82 getirerek araştırmaları daha uzun dalga boylarının çalışılabileceği bölgelere kadar genişletmek amaçlanmaktadır. Mevcut işletim projesi Mart 007 de sona erecektir. Bu periyodun ardından yeni bir proje uygulama araştırması mevcut kuruluşun kapasitesini tamamıyla kullanabilen Terahertz bölgeye kadar genişletilmiş yeni bir donanım önerilecektir. Yakın gelecekte medikal uygulamalar, lazer araştırmaları ve MALDI kütle spektroskopisi deneyleri kullanılarak protein analizlerinin yapılacağı beklenmektedir. 007 den birkaç yıl sonra ileri kuantum yarıiletkenler gelişecek ve geniş anlamda kullanılacaktır. Bu sayılan araştırma alanları üzerinde, yüksek kalitede ışın spektrumuna sahip ve geleneksel lazerlerle üretilemeyen SEL ışınımı olmadan çalışılamaz. Osaka Üniversitesi nde SEL fiziği ve hızlandırıcı fiziğinde kararlılık elde etmek için çalışmalara devam edilmektedir. Işınım kaynağı önerileri ve bu kuruluştaki dalga boyu aralığının genişletilmesi konuları üzerinde çalışılmaktadır. Hızlandırıcıya dayalı ışınım kaynaklarının yakın gelecekte yeni bir bilimsel alana kapı açacağı beklenmektedir ( 006) Duke Üniversitesi MARK III IR-SEL Laboratuvarı (ABD) Duke Serbest Elektron Lazer Laboratuvarı infrared ve ultraviyole ışınım sağlayan iki SEL ışınım kaynağından oluşmaktadır. Mark III Infrared SEL 40 MeV lik bir linakla orta infrared bölgede ayarlanabilen ışınım sağlamaktadır. OK-4 Ultraviyole SEL ise 1. GeV lik depolama halkası üzerinde 400 nm den 193 nm ye kadar ayarlanabilen koherent ışıma sağlamaktadır. Gama ışınları ise geri saçılmalarla üretilmektedir. DFELL in çalışma alanları SEL fiziği, nükleer fizik, malzeme fiziği, biyolojik ve biyomedikal fiziktir ( 006). Duke Üniversitesi Mark III IR- SEL Laboratuvarının genel görünümü Şekil 4. de gösterilmiştir. 7

83 Şekil 4. Duke Üniversitesi Mark III IR-SEL Laboratuvarının genel görünümü Mark III serbest elektron lazeri ilk olarak 1985 yılında Stanford Üniversitesinde çalışmaya başlamış daha sonra Duke Üniversitesine nakledilmiştir. Makine parçalarının eskimesi Mark III ü daha az güvenilir hale getirdiğinden yenilenme gerekliliği ortaya çıkmıştır. Ayrıca teknolojinin gelişiminin ortaya çıkardığı zorunlu değişiklikler optik demet kalitesini artırmayı ve tamamen otomatik bir kontrol mekanizması kurmayı gerektirmiştir. Bu sebeple 001 yılında RF kaynağı, manyetik sistem parçaları ve optik sistem parçaları yeni teknolojiye uygun olarak değiştirilmiştir. Mark III medikal bilimlerde, malzeme bilimlerinde ve SEL konusu ile ilgili temel araştırma alanlarındaki çalışmalar için ayarlanabilir infrared ışınımı sağlamaktadır ( 006) CLIO IR-SEL Laboratuvarı (Orsay, Fransa) Orsay deki CLIO infrared serbest elektron lazeri kullanıcılarına yılda 000 saat orta kızılötesi bölgede lazer ışını sağlayan bir SEL kuruluşudur MeV aralığında çalışan lineer bir hızlandırıcıya sahiptir. Işınımın dalgaboyu 3-60 µm aralığındadır. Cihazın modifikasyonu ile SEL için gerekli olan yüksek demet kalitesi korunarak bu oran daha düşük enerjide (10-15 MeV) 100 µm ye kadar çıkarılabilecektir ( 006). 73

84 Farklı dalgaboyları için pump-probe deneylerini gerçekleştirmesi açısından iki renkli lazer elde edilebilmesi CLIO nun benzersiz bir özelliğidir. CLIO salındırıcı magnet her biri 1 m uzunluğunda iki adet eş salındırıcı magnetten oluşmakta olup birbirinden bağımsız ayarlanabilmektedir. Bu kombinasyon 0 µm ye kadar iki renkte eş zamanlı olarak birbirinden bağımsız ayarlanabilen bir ışınıma olanak sağlamaktadır. Bir aynadan kaviteye sağlanan dış bağlantı ile en fazla 60% farklılıkla ışınım elde edilebilmektedir. Bu durum, iki renkli 1 ps eş zamanlı iki ışınım ile yeni bir pump-probe uygulaması çalışılmasına izin vermektedir. Fransa Orsay deki CLIO IR-SEL Laboratuvarının genel görünümü Şekil 4.3 de gösterilmiştir. Şekil 4.3 Fransa Orsay deki CLIO IR-SEL Laboratuvarının genel görünümü Demetin kullanıldığı 4 kullanıcı istasyonu vardır. Bunların ikisi özel deneysel tekniklere ayrılmıştır. İlk istasyon bir teşhis odasıdır ve genel amaçlı bir kullanıcı odasıdır. İkinci istasyonda Toplam Frekans Jenerasyonu (Sum Frequency Generation-SFG) deneyi ile yüzey fiziği çalışılmaktadır. CLIO ile eş zamanlı atmalar yayan Nd:YAG lazeri kullanılır. Bu deney tamamen bilgisayar ile çalışılan ve SFG nin dakikalar içinde ortalama yüzden fazla nokta üzerinde tarama yaptığı noktayı içeren bir deneydir. Çalışmalarda yüzeyin kirlenmesini engellemek için çok yüksek vakum odası kullanılır. Üçüncü istasyon şu an değişik moleküller üzerinde çalışılan ve yakın gelecekte biyolojik moleküller üzerinde çalışılacak olan pump-probe ve foton yansıma deney setlerine ayrılmıştır. Dördüncü istasyonda CLIO ile eş zamanlı görünür ve UV bölgede atmalar yayan bir Nd:YLF lazer bulunmaktadır. Bu SFG sinyal/gürültü oranının gelişmesini ve pump-probe deneylerinin ps çözünürlükle yapılmasını sağlamaktadır. 74

85 199 den beri CLIO da uygulanan projelerin dağılımı; 30% SFG ile yüzey çalışmaları, % SFG ile elektrokimya çalışmaları, % matrislerdeki moleküller, 1% yarıiletken ve kuantum kuyuları, 7% yakın alan infrared mikroskopi, 3.5% yüzey foto yayınımı, 3.5% eczacılıktır ( 006). Dünyadaki IR-SEL laboratuvarlarının temel parametreleri ve IR-SEL laboratuarları Çizelge 4.8 ve 4.9 da gösterilmiştir. Çizelge 4.8 TAC IR-SEL in ele alınan IR-SEL laboratuvarları ile karşılaştırılması Parametreler TAC-IR SEL I-II DIAMOND ifel MARK III CLIO Demet Enerjisi (MeV) Salındırıcı magnetperiyodu, λ u (cm) Periyod Sayısı, N (*19) Kuvvet Parametresi, K SmCo Kavite Uzunluğu, L c (m) Işınımın Dalgaboyu, λ r (µm) Çizelge 4.9 Dünyadaki IR-SEL laboratuvarları YER DALGABOYU HIZLANDICI TÜRÜ ifel (Japonya) 30 nm - 1.µm 1-6µm 5 - µm 0-60µm µm Linak Duke (ABD) µm 17 nm Linak Depolama halkası Vanderbilt TN (ABD).1-9.8µm Linak 75

86 FOM (Hollanda) Stanford CA (ABD) LURE Orsay (Fransa) µm 5-50µm 3-10µm 15-65µm 3-90µm 350 nm Linak SC-linak Linak Depolama halkası Jeff. Lab. VA (ABD) µm SC-linak Tokyo Blm.Üniv. (Japonya) 5-16µm Linak FZ Rossendorf (Almanya) 4-µm SC-linak 76

87 Çizelge 4.9 devam YER DALGABOYU HIZLANDIRICI TÜRÜ UCSB CA (ABD) µm 340µm -.5 mm 30-63µm Elektrostatik ENEA Frascati (İtalya) mm Mikrotron DESY (Almanya) 80 nm SC linak ELETTRA (İtalya) nm Depolama halkası ETL Tsukuba (Japonya) 8 nm Depolama halkası IMS Okazaki (Japonya) 39 nm Depolama halkası Dortmund Univ. (Almanya) 470 nm Depolama halkası LANL NM (ABD) 4-8µm 16µm Linak Darmstadt Üniv. (Almanya) µm SC-linak IHEP (Çin) 5-5µm Linak CEA Bruyeres (Fransa) 18-4µm Linak ISIR Osaka (Japonya) 1-16µm Linak JAERI (Japonya) µm 6 mm SC-linak İndüksiyon linak Tokyo Üniversitesi (Japonya) 43µm Linak ILE Osaka (Japonya) 47µm Linak LASTI (Japonya) 65-75µm linak KAERI (Kore) µm 10 mm Mikrotron elektrostatik Twente Üniversitesi (Hollanda) µm Linak 77

88 Çizelge 4.9 devam YER DALGABOYU HIZLANDIRICI TÜRÜ FOM (Hollanda) 1.5 mm Elektrostatik Tel Aviv Üniversitesi (İsrail) 3 mm Elektrostatik 4.3 TAC IR-SEL kullanım alanları Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri (IR-SEL) genel olarak malzeme bilimi, yüzey ve arayüzey fiziği, atom ve molekül fiziği, medikal fizik ve foto-kimyasal süreçlerin incelenmesi alanlarında kullanılmaktadır (Awazu et al. 003). Kullanıcılar; ayarlanabilirlik, yüksek pik gücüne bağlı olan yüksek tekrarlanabilirlik oranları ve frekans modülasyonlu pulslara ihtiyaç duyduğunda SEL kullanımına yönelmektedirler. Tez çalışmasının devamında, Kızıl Ötesi Serbest Elektron Lazerinin kullanım alanlarından biyoteknoloji, yarıiletkenler, fotokimya ve nanoteknoloji alanlarındaki uygulamalarından bazı örnekler verilerek TAC IR-SEL laboratuvarı için tasarlanmakta olan 4 deney istasyonunda uygulanması planlanan araştırmalara değinilecektir Biyoteknoloji Tıbbi uygulamalardaki çalışmalar, proteinlerin 6.45 µm dalgaboyu ile amide II soğurma bandına karşılık geldiğini ve yumuşak doku kesikleri için uygun olduğunu göstermiştir. Bazı durumlarda kesik sınırından 10 µm derinlikteki ek hasarlar tespit edilmiştir. SEL ile tavşanların optik sinir zarlarında, yanında bulunan optik sinir kesilmeden, başarılı kesiler oluşturulabilmiştir. İlk insanlı SEL araştırması bir beyin tümörünün biyopsisidir. SEL ile insanlı oküler tedavi, standart tekniklerle karşılaştırıldığında SEL ile optik sinir zarı tedavisi halen kullanılmaktadır (Awazu et al. 003). 78

89 Dalga boyu 5.75 µm olan SEL ile ışınlanan kolesterol seçilen bölgeden kaldırılabilmektedir ( İnsanın atheromatous plaklarındaki varlığı kesin olarak bilinen kolesterol esterler 5.75 µm dalga boyundaki SEL ile kaldırılabilmektedir (Suzuki et al. 004). Lazer teknolojisinin dişçilikteki ilk uygulaması, enfeksiyonlu materyallerin etkilerinin kaldırılması ve kavitelerin hazırlanması olmasına rağmen diş minesinin sertliğini ve aside karşı dayanıklılığını sağlamak için lazer potansiyeline daha fazla odaklanılması gerekliliği ortaya çıkmıştı. Mineral özelliği bozulan diş minesini yeniden mineralize etmek veya dişin taç bölgesini açığa çıkartmak için lazer ışınlaması sırasında yeni bir yöntem geliştirilmiştir. SEL uygulaması da aynı amacı gerçekleştirmek için kullanılmıştır (Satoh et al. 004) Kolesterol esterlerin seçilerek kaldırılması Hücre içi veya hücre dışı yüzeylerden kolesterol esterlerin seçilerek kaldırılması medikal araştırmalar içerisindedir. Günümüzde yapılan çalışmalar kolesterol esterlerin arteriosclerotic bölgelerden kaldırılmasını içermektedir. SEL ışınlaması 5.75 mikron dalga boyunda ki bu esterin germe titreşim modudur, albüminin etkilenmeden kolesterol esterlerin temizlenmesini sağlamaktadır (Şekil 4.4). Tavşanlardaki farteriosclerotic bölgelerdeki damar duvarlarından da kolesterol esterler temizlenebilmektedir (O Shea et al. 001). Şekil 4.4 Işınlanmadan sonra kolesterol esterlerin ve albumin hücrelerinin görünüşü ( 006) 79

90 Diş çürümesini engelleyen yüzey modifikasyonu Dişteki fosforik asidin 9.4 mikron soğurma dalgaboyuna ayarlanan SEL kullanılarak ışınımın dişteki etkileri araştırılmaktadır. Işınlanmış diş yüzeyinde amorf yapıdan rekristalize yapıya dönüş olmuş ve P/Ca kütle oranı azalmıştır (Satoh et al. 004). Bu sonuçlar 9.4 mikron SEL ışınının seçilen bölgeden fosforik asid iyonlarının temizlenebildiğini göstermektedir (Şekil 4.5). Şekil 4.5 Işınlanan ve ışınlanmayan diş yüzeyinin soğurma spektrumu NIH3T3 hücreleri yüksek yoğunluk ve kısa atmalı SEL ışınımına maruz bırakılmıştır. SEL, mikroskopik FTIR tarafından ölçülen 6.1 mikron dalgaboyuna ayarlanmıştır. Hücredeki floresans boya SEL ışınımını hücre zarından daha fazla soğurmuştur. Floresans mikroskopi SEL in gönderilmesindeki verimliliğin tespitinde kullanılmıştır (Şekil 4.6) ( 006). Şekil 4.6 SEL verimliliğinin araştırılması 80

91 4.3. Yarıiletkenler ve kuantum kuyuları SEL, yüksek pik gücü ve kolay ayarlanabilirliği ile yarıiletkenlerde ve kuantum kuyularında özellikle lineer olmayan çalışmalar için uygundur. ps zaman ölçeğinde yapılan pump-probe ölçümleri ile dar gapli yarıiletkenler üzerindeki koherent geçiş etkilerinin artışının gözlenmesine ve üçüncü mertebe lineer olmayan çalışmalara izin vermektedir. Diğer bir başarısı pump-probe tekniği ile elde edilen iki renkli SEL in kuantum kuyularına optik pompalanması ile yapılan çalışmalardır (Couprie et al. 000). Şekil 4.7 Kuantum kuyularına pump-probe tekniği ile sırasıyla 9. and 1.5 µm dalga boylarında renkli serbest elektron lazer ile uygulanan optik pompalamanın şeması (Couprie et al. 000) Şekil 4.7 de kuantum kuyuları üzerinde pump-probe tekniği ile yapılan deney düzeneği gösterilmiştir. salındırıcı magnet farklı dalga boyu elde etmek için farklı manyetik gap aralığında tutulur. Çift katlı bir kuyu yapısı örneği genliği artırılmış bir yayınım oluşturur. İlk renk ilk kuyunun uyarılmış seviyesini artırırken ikinci kuyu içerisinde durulur. Bu durulma ikinci renk ile uyarılır. mm uzunluğundaki örnek, 0.7 mm den daha fazla geçiş (kazanç) gösterir ki bu durum pompalanmış yayılmadır. Kuantum kuyularının ikinci harmonik güce azimut bağımlılığı aracılığıyla ikinci harmonik alanlar ve GaAs alt tabakaları arasındaki girişim üzerinde çalışılarak ikinci mertebe lineer olmayan iletim ve değerlik bantlı kuantum kuyularının hassas yapıları ortaya çıkarılmaktadır. Bu, kuantum kuyularındaki herhangi bir orta band kızılötesi 81

92 farkı frekans oluşumunun ilk göstergesiydi. Ayrıca GaAs-AlGaAs kuantum kuyularında üçüncü seviye lineer olmayan katsayıların ve elektron durulma zamanlarının gözlemlenmesinde kullanılırlar. Daha genişletilmiş çalışmalar arasında moleküler titreşimlerin rezonans uyarılmaları, yarıiletken hetero-eklemlerin bant süreksizlikleri ve izotop ayırımı bulunmaktadır (O Shea et al. 001) Fotokimya Kinetikteki çalışmalar moleküllerdeki titreşimsel enerji transferlerini içermektedir. Bu, moleküler titreşimleri uyaran yüksek güçlü kısa atmalar gerektiren mod-seçici kimya gibi yeni bir dizi deney üzerinde çalışmak için kapılar açmıştır (Örneğin formik asit ve nitromethane ın izotop seçici multifoton ayrışımının gözlemlenmesi gibi.) (Couprie et al. 000) Mod seçici kimya 199 den bu yana nadir bulunan gaz matrisleri üzerinde çeşitli araştırma projeleri yapılmaktadır. 10 K sıcaklıktaki bir Argon matrisindeki D etan moleküllerinin izometrizasyonunun kinetiği üzerinde çalışmalar yapılmıştır. CLIO SEL, 4-1 µm aralığında değişik soğurma bandlarının etkinliği üzerinde ve tamamen moleküler titreşimlerin uyarılmasına dayalı yüksek güç ve kısa atma kaynakları gerektiren yeni bir çalışma alanı olan mod seçici kimya üzerinde çalışılmasına olanak sağlamaktadır. Projeler farklı matrislerdeki organik moleküllerin durulma ve ayrışmaları üzerindeki çalışmaları kapsamaktadır. Stanford da yapılan çalışmaların öncülük etmesiyle pumpprobe ve foton yansıma deneylerinin yanı sıra değişik ortamlardaki (katı, sıvı) moleküllerin titreşimsel durulmaları üzerinde çalışmak da mümkündür (Couprie et al. 000) İzotop ayrımı Şekil 4.8, İzotop Ayrım Deneyi için kurulan cihazı ve elde edilen yapıyı göstermektedir. Bu cihazın Gaz-Akış Dolaşım Sistemi ZnSe penceresinin SEL ışını ve/veya TEA CO lazer ışını ile ışınlanmasını sağlayan bir reaksiyon zincirinin 8

93 bütünüdür, gaz örneğinin dolaşması için bir havalandırma fanı ve reaksiyon ürünleri arasından seçilelerin kaldırılması için bir tuzaklama sistemi bulunmaktadır. Bu cihaz FT/IR spektometresi donanımlıdır ve reaksiyon ürünlerinin anında gözlemlenebilmesi için Q Kütle sistemi bulunmaktadır. a. b. Şekil 4.8.a. İzotop Ayrım Sistem Cihazı, b. Deney çıktısı SiF 3 X moleküllerinin multifoton ayrımları üzerinde sistematik bir araştırma yapılmış silikonun izotop ayrımı için uygun çalışma materyali aranmıştır. Şekil 4.4.b., 971 cm -1 dalgasayılı SEL ile ışınlanan PH-SiF 3 ün (phenyltrifluorosilane) FT/IR spektrumunun değişimini göstermektedir. Düz çizgi başlangıç spektrumunu noktalı çizgiler her 1 saatlik ışınlama sonrasında gözlemlenen spektrumları göstermektedir ( 006) FT/IR spektroskopisi ile bağlantılı mikro-ışınlama Bu cihaz, biyolojik örneklerin ışınlama etkilerini çalışmak amacıyla ticari bir mikro FT/IR spektrometresinin modifiye edilmesi sonucu oluşturulmuştur. SEL ışınlaması IR mikroskop objektifi ile örnek üzerine odaklanır ve ışınlamanın etkileri mikro FT/IR metodu ile görüntülenir. FT/IR spektrometresinin optik sistemi ve bu sistemin objektifi ilişkili IR mikroskobunda objektifte SEL makropulsları ile eşzamanlı hareket eden döner bir ayna bulunmaktadır. SEL ışın pulsu cihaza geldiğinde ayna SEL ışınını IR 83

94 mikroskop objektifine göndermek üzere dönerek hareket eder ve belirlenmiş sayıdaki SEL makropulsları ile yapılan ışınlama sonrasında ışınları IR mikroskobundan FT/IR spektometresine ışınlanan örneğin IR spektrumunu kaydetmek üzere yönünü değiştirir ( 006) IR nanosaniye zaman kararlı spektroskopi Deney kurulumu SEL makropulsları ışınlama çalışmalarını izleyen IR spektrumu üzerindeki değişim çalışmaları için kurulmuştur. Şematik yapısı Şekil 4.9 da gösterilmiştir ( 006) Şekil 4.9 Nanosaniye zaman kararlı IR spektroskopisinin deney düzenek yapısı Örnek üzerinde ışınlanan bölge ve ışınlanmayan bölge ile eşzamanlı olarak alınan sinyaller, soğurma farkını ölçmek üzere alınmıştır. Bu deney kurulumunun en önemli karakteristiği soğurma farkını belirleme sınırının en düşük 10-6 olmasıdır. Dedeksiyon sistemi nanosaniye zaman kararlı spektroskopisinin etki alanını oluşturmak için SEL makropulsları ile eşzamanlı olarak çalışmaktadır IR yakın alan tarama mikroskobu Yakın alan tarama mikroskopu Şekil 4.30 da gösterilmiştir. Bu cihazda SEL ışını IR mikroskop objektifinden küçük bir iğne deliğine girer, probun dirseğinden geçtikten sonra örnek yakın alan ışınlaması ile ışınlanmış olur. Örnekten alınan sinyal IR mikroskobunun objektifinden geçerek MCT dedektörü ile belirlenir. Cantilever tarama 84

95 mekanizması için AFM probu ile de çalışabilen AFM sistemi kullanılır ( 006) Nanoteknoloji Şekil 4.30: Yakın Alan Tarama Mikroskobu Sum Frequency Generation (SFG) Toplam Frekans Oluşumu yüzeyler üzerindeki ışınımı soğuran türlerin spektroskopisini inceler. YAG lazer (değişik dalga boylarından oluşan) ayarlanabilen yüksek güçlü infrared lazer ile karıştırılır. Eğer ışınlanan malzeme merkezi-simetrik bir malzeme ise sadece malzemenin yüzeyi bu prosese katkıda bulunur ki infrared dalga boyu ile yüzeyde soğurulma artıyorsa sistem rezonans durumuna gelir. Yüksek pik gücü gerekliliği, yüzeyin alt hacimden ayrıştırılmasında sürecin lineer olmamasını etkili kılmaktadır. SEL, geniş ayar aralığı ve yüksek pik gücü ile özellikle bu uygulamada uygundur. SFG moleküler yapının karakterize edilmesine ve molekülün alt hacim ile ve yüzey veya arayüzey ile eşleşmesine olanak sağlar. SFG ölçümlerindeki ilk deneyler, 5 µm SEL pulsları ve bir sinkronize lazer kullanarak metanol içerisindeki platinin (Pt) yüzey ölçümlerini içermektedir. SFG aynı zamanda, poliüretanın yüzer cam üzerine püskürtüldüğünde bıraktığı bağlanma kuvvetinin belirlenmesi ve yoğunluğunun görüntülenmesinde, özel bir karbon bileşimi (fullerene) üzerine altın püskürtüldüğünde meydana getirdiği yüzey etkileşmesinin değişimi ve bir elektrokimyasal arayüzdeki CO nun titreşim dinamiğini karakterize etmede kullanılır (Şekil 4.31) (Couprie et al. 000). 85

96 Şekil 4.31 CLIO SEL de elde edilen SFG (Sum Frequency Generation) spektrumları:potansiyelin bir fonksiyonu olarak Au (111) in soğurduğu 4- cyanopyridine yönelme çalışması (Couprie et al. 000) Farklı elektrokimyasal potansiyellerde moleküller yüzeye göre farklı yönelimlerde bulunurlar. Bu yönelimler, dipollerin yönelimlerine duyarlı olan SFG ile araştırılır. Siyah çizgiler molekülün değişik yönelimlerinin sayısal fit edilmiş verileridir. Pratikte bu teknik, SEL yoğunluk ve dalga boyu kararlılığı açısından iyi sinyal/gürültü oran spektrumu elde etmek için daha arzu edilen bir kullanıcı deneyidir. Bu sebeple demet yoğunluğu, dalga boyu ve band genişliği gibi parametrelerin gerçek zamanlı olarak görüntülenmesi oldukça önemlidir (Couprie et al. 000). Elektrokimyada tipik bir sonuç elde edilmiştir. SFG bir çözeltideki bir elektrodun yüzeyinde meydana gelen olayların gözlemlenmesini sağlamaktadır. Elektrokimya ve yüzey biliminde önemli sonuçlar elde edilmiştir (Couprie et al. 000). 86

SDÜ FEN DERGİSİ (E-DERGİ). 2009, 4(2), THM KIZILÖTESİ SEL YÜKSELTEÇ MODUNUN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI. Hüsnü AKSAKAL*, Ünsoy KOCAÖZ*

SDÜ FEN DERGİSİ (E-DERGİ). 2009, 4(2), THM KIZILÖTESİ SEL YÜKSELTEÇ MODUNUN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI. Hüsnü AKSAKAL*, Ünsoy KOCAÖZ* SDÜ FEN DERGİSİ (E-DERGİ). 2009, 4(2), 165-170 THM KIZILÖTESİ SEL YÜKSELTEÇ MODUNUN FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI Hüsnü AKSAKAL*, Ünsoy KOCAÖZ* *Niğde Üniversitesi, Fizik Bölümü, 51100, Niğde, TÜRKİYE e-mail: haksakal@nigde.edu.tr,

Detaylı

Işınım Kaynakları Hakkında Temel Bilgiler. Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde Üniversitesi

Işınım Kaynakları Hakkında Temel Bilgiler. Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde Üniversitesi Işınım Kaynakları Hakkında Temel Bilgiler Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde Üniversitesi Giriş Hızlandırıcılar başlangıçta nükleer fizik ve parçacık fiziğinde çarpıştırıcı olarak kurulmuştur. Son dönemde

Detaylı

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA) Doç. Dr. Suat ÖZKORUCUKLU İÇERİK Serbest Elektron Lazeri Prensibi Türk Hızlandırıcı

Detaylı

TARLA IR-SEL Salındırıcı Magnetler İçin Benzetim Çalışmaları. Simulation Studies for TARLA IR-FEL Undulator Magnets

TARLA IR-SEL Salındırıcı Magnetler İçin Benzetim Çalışmaları. Simulation Studies for TARLA IR-FEL Undulator Magnets SDU Journal of Science (E-Journal), 2014, 9 (1): 109-116 TARLA IR-SEL Salındırıcı Magnetler İçin Benzetim Çalışmaları Halime Tugay 1,*, Suat Özkorucuklu 2 1 Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen-Edebiyat

Detaylı

Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA

Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA Yrd. Doç. Dr. Zafer Nergiz Niğde, Fizik Bölümü 1 Yüklü Parçacıklarda Işıma İvmeli hareket yapan yüklü parçacıklar ışıma meydana getirirler. Antenlerde

Detaylı

Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi

Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU ( V. UPHDYO ) 29.08-03.09.2009, Bodrum, MUĞLA Hızlandırıcılara Dayalı Işınım ş Kaynakları SİNKROTRON IŞINIMI (SI) Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara

Detaylı

3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER

3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER 1 3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER 3.1. Doğrusal Hızlandırıcıların Fiziği Parçacık hızlandırıcılarının tipleri, parçacıkların izlediği yörüngeye bağlı olarak doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar

Detaylı

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ Spektroskopiye Giriş Yrd. Doç. Dr. Gökçe MEREY SPEKTROSKOPİ Işın-madde etkileşmesini inceleyen bilim dalına spektroskopi denir. Spektroskopi, Bir örnekteki atom, molekül veya iyonların

Detaylı

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim:

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim: UBT 306 - Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim: 1. (a) (5) Radyoaktivite nedir, tanımlayınız? Bir radyoizotopun aktivitesi (A), izotopun birim zamandaki

Detaylı

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu Laboratuar Yeri: E1 Blok Termodinamik Laboratuvarı Laboratuar

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ TÜRK HIZLANDIRICI KOMPLEKSİ PROJESİ KAPSAMINDA SASE VE OSİLATÖR MODDA SERBEST ELEKTRON LAZERİNİN GENEL TASARIMI Şenay YİĞİT FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM

Detaylı

: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı

: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ KIRMIZIALTI SERBEST ELEKTRON LAZERLERİNİN TEMEL VE UYGULAMALI ARAŞTIRMALARDA KULLANIMI Müge TURAL FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA

Detaylı

ENİNE DEMET DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Abbas Kenan Çiftçi. Ankara Üniversitesi

ENİNE DEMET DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Abbas Kenan Çiftçi. Ankara Üniversitesi ENİNE DEMET DİNAMİĞİ Prof. Dr. Abbas Kenan Çiftçi Ankara Üniversitesi 1 Dairesel Hızlandırıcılar Yönlendirme: mağnetik alan Odaklama: mağnetik alan Alan indisi zayıf odaklama: 0

Detaylı

X-Işınları TAC-SR. Numan Akdoğan.

X-Işınları TAC-SR. Numan Akdoğan. X-Işınları 2. Ders: X-ışınlarının üretilmesi TAC-SR Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) X-ışını tüpü (X-ray

Detaylı

Serbest Elektron Lazeri

Serbest Elektron Lazeri II. ULUSAL PARÇACIK ACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLER RLERĐ YAZ OKULU Parçac acık k HızlandH zlandırıcılarına Dayalı Işınım m Kaynakları Serbest Elektron Lazeri Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi

Detaylı

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU HIZLANDIRICIYA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI - II SİNKROTRON IŞINIMI (SI) Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik ik Mühendisliği liğibölümüü

Detaylı

Işınım ile Isı Transferi Deneyi Föyü

Işınım ile Isı Transferi Deneyi Föyü Işınım ile Isı Transferi Deneyi Föyü 1. Giriş Işınımla (radyasyonla) ısı transferi ve ısıl ışınım terimleri, elektromanyetik dalgalar ya da fotonlar (kütlesi olmayan fakat enerjiye sahip parçacıklar) vasıtasıyla

Detaylı

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU HIZLANDIRICIYA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI - I SERBEST ELEKTRON LAZERİ (SEL) Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik ik Mühendisliği liğibölümüü

Detaylı

X-Işınları. Çalışma Soruları. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü. X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler)

X-Işınları. Çalışma Soruları. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü. X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) X-Işınları Çalışma Soruları Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) 1. a) Elektromanyetik spektrumu çizip, açıklayınız. b) X-ışınlarını

Detaylı

Theory Tajik (Tajikistan)

Theory Tajik (Tajikistan) Q3-1 Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Bu probleme başlamadan önce ayrı bir zarfta verilen genel talimatları lütfen okuyunuz. Bu görevde, CERN de bulunan parçacık hızlandırıcısının LHC ( Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)

Detaylı

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

Detaylı

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş Mühendislik Mekaniği Statik Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş Bölüm 10 Eylemsizlik Momentleri Kaynak: Mühendislik Mekaniği: Statik, R. C.Hibbeler, S. C. Fan, Çevirenler: A. Soyuçok, Ö. Soyuçok. 10. Eylemsizlik Momentleri

Detaylı

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org 9. Atomun Elektron Yapısı Elektromanyetik ışıma (EMI) Atom Spektrumları Bohr Atom Modeli Kuantum Kuramı - Dalga Mekaniği Kuantum Sayıları Elektron Orbitalleri Hidrojen Atomu Orbitalleri Elektron Spini

Detaylı

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ DERS. Prof. Dr. Haluk YÜCEL RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ DERS. Prof. Dr. Haluk YÜCEL RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Prof. Dr. Haluk YÜCEL 101516 DERS RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ DEDEKTÖRLERİN TEMEL PERFORMANS ÖZELLİKLERİ -Enerji Ayırım Gücü -Uzaysal Ayırma

Detaylı

Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti

Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti Deneyin Temeli Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti Fotoelektrik etki modern fiziğin gelişimindeki anahtar deneylerden birisidir. Filaman lambadan çıkan beyaz ışık ızgaralı spektrometre

Detaylı

The Physics of Particle Accelerators - Klaus Wille (1.3.5-1.3.6-1.3.7)

The Physics of Particle Accelerators - Klaus Wille (1.3.5-1.3.6-1.3.7) - Klaus Wille (1.3.5-1.3.6-1.3.7) 2 Temmuz 2012 HF Çalışma Topluluğu İçerik 1.3.5 - Doğrusal Hızlandırıcılar 1 1.3.5 - Doğrusal Hızlandırıcılar 2 3 Doğrusal Hızlandırıcılar Tüm elektrostatik hızlandırıcılar

Detaylı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler

Detaylı

Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) T.A.R.L.A. tesisi serbest elektron lazeri demet parametreleri hesapları ve enjektör benzetim çalışmaları

Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) T.A.R.L.A. tesisi serbest elektron lazeri demet parametreleri hesapları ve enjektör benzetim çalışmaları SAÜ Fen Bil Der 19. Cilt, 1. Sayı, s. 7-14, 015 Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) T.A.R.L.A. tesisi serbest elektron lazeri demet parametreleri hesapları ve Mert Şekerci 1*, Suat Özkorucuklu ÖZ 15.04.014

Detaylı

TEZ ONAYI Yeşim CENGER tarafından hazırlanan Üçüncü Nesil ve Dördüncü Nesil Işınım Kaynakları için Kullanılan Magnetlerin Işınım Karakteristiklerine E

TEZ ONAYI Yeşim CENGER tarafından hazırlanan Üçüncü Nesil ve Dördüncü Nesil Işınım Kaynakları için Kullanılan Magnetlerin Işınım Karakteristiklerine E ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÜÇÜNCÜ NESİL VE DÖRDÜNCÜ NESİL IŞINIM KAYNAKLARI İÇİN KULLANILAN MAGNETLERİN IŞINIM KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Yeşim CENGER

Detaylı

T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ SERAP YİĞİT GEZGİN Danışman: Doç.Dr. Suat ÖZKORUCUKLU YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK ANABİLİM

Detaylı

Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR)

Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR) Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR) Elektromanyetik ışıma (ışık) bir enerji şeklidir. Işık, Elektrik (E) ve manyetik (H) alan bileşenlerine sahiptir. Light is a wave, made up of oscillating

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ THM KIZILÖTESİ SEL TESİSİNDE LAZER DEMETLERİ İÇİN GÜÇ VE ENERJİ ÖLÇÜMLERİNİN İNCELENMESİ İdil ARSLAN FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA

Detaylı

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METOTLAR II DOĞRUSAL ISI İLETİMİ DENEYİ 1.Deneyin Adı: Doğrusal ısı iletimi deneyi..

Detaylı

Gamma Bozunumu

Gamma Bozunumu Gamma Bozunumu Genelde beta ( ) ve alfa ( ) bozunumu sonunda çekirdek uyarılmış haldedir. Uyarılmış çekirdek gamma ( ) salarak temel seviyeye döner. Gamma görünür ışın ve x ışını gibi elektromanyetik radyasyon

Detaylı

X-Işınları. Çalışma Soruları

X-Işınları. Çalışma Soruları X-Işınları Çalışma Soruları Yrd. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) X1 (X-ışınları hakkında genel bilgiler) 1. a)

Detaylı

BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ. Doç. Dr. Hakan YAKUT. Fizik Bölümü

BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ. Doç. Dr. Hakan YAKUT. Fizik Bölümü 2015-2016 BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ Doç. Dr. Hakan YAKUT SAÜ Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Ofis: FEF A Blok, 3. Kat, Oda No: 812, İş tel.: 6092 (+90 264 295 6092) BÖLÜM 7 MANYETİK ALANLAR 2 İÇERİK

Detaylı

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... viii -BÖLÜM / 1- GİRİŞ... 1 -BÖLÜM / 2- ÖZEL GÖRELİLİK... 13 2.1. REFERANS SİSTEMLERİ VE GÖRELİLİK... 14 2.2. ÖZEL GÖRELİLİK TEORİSİ... 19 2.2.1. Zaman Ölçümü

Detaylı

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ Anten Parametrelerinin Temelleri Samet YALÇIN Anten Parametrelerinin Temelleri GİRİŞ: Bir antenin parametrelerini tanımlayabilmek için anten parametreleri gereklidir. Anten performansından

Detaylı

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov) Hızlandırıcı Fiziği-2 Veli YILDIZ (Veliko Dimov) 30.06.2016 1 İçerik Hızlı bir tekrar. Doğrusal hızlandırıcılar Doğrusal hızlandırıcılarda kullanılan bazı yapılar. Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ HIZLANDIRICILARA DAYALI UNDULATÖR VE WİGGLER MAGNET IŞINIMLARININ SPEKTRAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Ender AKDOĞAN FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM

Detaylı

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Prof. Dr. Doğan BOR ORANTILI SAYAÇLAR DERS 2 GAZ DOLDURULMUŞ DEDEKTÖRLERİN FARKLI ÇALIŞMA BÖLGELERİ N 2 = 10 000 N 1 = 100 İyonizasyon Bölgesi İyonizasyon akımı primer iyon çiftlerinin

Detaylı

HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI

HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI Dr. Bora KETENOĞLU Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü & European XFEL GmbH, Hamburg İçerik Bilim, sanayi ve teknolojide parçacık hızlandırıcıları ve

Detaylı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler

Detaylı

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI ISIL IŞINIM ÜNİTESİ

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI ISIL IŞINIM ÜNİTESİ T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI ISIL IŞINIM ÜNİTESİ DENEY 1: ISI IÇIN TERS KARE KANUNU 1. DENEYİN AMACI: Bir yüzeydeki ışınım şiddetinin, yüzeyin

Detaylı

X. THM YUUP ÇALIġTAYI PROGRAMI 9 11 Aralık 2011. A.Ü. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü Ankara Üniversitesi 50. Yıl Kampüsü, Gölbaşı, ANKARA

X. THM YUUP ÇALIġTAYI PROGRAMI 9 11 Aralık 2011. A.Ü. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü Ankara Üniversitesi 50. Yıl Kampüsü, Gölbaşı, ANKARA X. THM YUUP ÇALIġTAYI PROGRAMI 9 11 Aralık 2011 A.Ü. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü Ankara Üniversitesi 50. Yıl Kampüsü, Gölbaşı, ANKARA 1. GÜN (9 Aralık 2011, Cuma) Oturum BaĢkanı: Ömer YavaĢ 09.00-09.30

Detaylı

GÜNEŞİN ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMU

GÜNEŞİN ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMU GÜNEŞİN ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMU Güneş ışınımı değişik dalga boylarında yayılır. Yayılan bu dalga boylarının sıralı görünümü de güneş spektrumu olarak isimlendirilir. Tam olarak ifade edilecek olursa;

Detaylı

ELASTİK DALGA YAYINIMI

ELASTİK DALGA YAYINIMI ELASTİK DALGA YAYINIMI (016-10. Ders) Prof.Dr. Eşref YALÇINKAYA Geçtiğimiz ders; Cisim dalgaları (P ve S) Tabakalı ortamda yayılan sismik dalgalar Snell kanunu Bu derste; Yüzey dalgaları (Rayleigh ve Love)

Detaylı

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar 1 Hızlandırıcı nedir? Çarpıştırıcı nedir? Parçacık hızlandırıcıları, elektrik yükü olan atomik veya atom-altı parçacıkları oldukça yüksek hızlara (ışık hızına bile oldukça

Detaylı

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET TİTREŞİM VE DALGALAR Periyodik Hareketler: Belirli aralıklarla tekrarlanan harekete periyodik hareket denir. Sabit bir nokta etrafında periyodik hareket yapan cismin hareketine titreşim hareketi denir.

Detaylı

BÖLÜM 7. ENSTRÜMENTAL ANALİZ YÖNTEMLERİ Doç.Dr. Ebru Şenel

BÖLÜM 7. ENSTRÜMENTAL ANALİZ YÖNTEMLERİ Doç.Dr. Ebru Şenel BÖLÜM 7. ENSTRÜMENTAL ANALİZ YÖNTEMLERİ 1. SPEKTROSKOPİ Bir örnekteki atom, molekül veya iyonların bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri sırasında absorplanan veya yayılan elektromanyetik ışımanın,

Detaylı

2. Işık Dalgalarında Kutuplanma:

2. Işık Dalgalarında Kutuplanma: KUTUPLANMA (POLARİZASYON). Giriş ve Temel ilgiler Işık, bir elektromanyetik dalgadır. Elektromanyetik dalgalar maddesel ortamlarda olduğu gibi boşlukta da yayılabilirler. Elektromanyetik dalgaların özellikleri

Detaylı

8.04 Kuantum Fiziği Ders V ( ) 2. = dk φ k

8.04 Kuantum Fiziği Ders V ( ) 2. = dk φ k Geçen Derste ψ( x) 2 ve φ( k) 2 sırasıyla konum ve momentum uzayındaki olasılık yoğunlukları Parseval teoremi: dxψ( x) 2 = dk φ k ( ) 2 Normalizasyon: 1 = dxψ( x) 2 = dk φ k ( ) 2 Ölçüm: x alet < x çözünürlüğü

Detaylı

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI Dr. Öğr. Üyesi Ahmet ÇİFCİ Elektrik enerjisi, alternatif akım ve doğru akım olarak

Detaylı

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends Rectangular waveguide Waveguide to coax adapter Waveguide bends E-tee 1 Dalga Kılavuzları, elektromanyetik enerjiyi kılavuzlayan yapılardır. Dalga kılavuzları elektromanyetik enerjinin mümkün olan en az

Detaylı

MASSACHUSETTS TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Fizik Bölümü Fizik 8.04 Bahar 2006 SINAV 1 Salı, Mart 14, :00-12:30

MASSACHUSETTS TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Fizik Bölümü Fizik 8.04 Bahar 2006 SINAV 1 Salı, Mart 14, :00-12:30 Fizik Bölümü Fizik 8.04 Bahar 2006 SINAV 1 Salı, Mart 14, 2006 11:00-12:30 SOYADI ADI Öğrenci No. Talimat: 1. TÜM ÇABANIZI GÖSTERİN. Tüm cevaplar sınav kitapçığında gösterilmelidir? 2. Bu kapalı bir sınavdır.

Detaylı

SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik. Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması

SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik. Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması SU Lise Yaz Okulu 2. Ders, biraz (baya) fizik Dalgalar Elektromanyetik Dalgalar Kuantum mekaniği Tayf Karacisim ışıması Dalga Nedir Enerji taşıyan bir değişimin bir yöne doğru taşınmasına dalga denir.

Detaylı

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 11 Çözümler

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 11 Çözümler Adam S. Bolton bolton@mit.edu MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 11 Çözümler 15 Mayıs 2002 Problem 11.1 Tek yarıkta kırınım. (Giancoli 36-9.) (a) Bir tek yarığın genişliğini iki katına çıkarırsanız, elektrik

Detaylı

SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-2 DOÇ.DR.HÜSEYİN TUR

SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-2 DOÇ.DR.HÜSEYİN TUR SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-2 DOÇ.DR.HÜSEYİN TUR SİSMİK DALGA NEDİR? Bir deprem veya patlama sonucunda meydana gelen enerjinin yerkabuğu içerisinde farklı nitelik ve hızlarda yayılmasını ifade eder. Çok yüksek

Detaylı

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk Doğrusal Demet Işıksallığı Fatma Çağla Öztürk İçerik Demet Yönlendirici Mıknatıslar Geleneksel Demir Baskın Mıknatıslar 3.07.01 HPFBU Toplantı, OZTURK F. C. Demet Yönlendirici Mıknatıslar Durgun mıknatıssal

Detaylı

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI 1) Gerilmiş bir ipte enine titreşimler denklemi ile tanımlıdır. Değişkenlerine ayırma yöntemiyle çözüm yapıldığında için [ ] [ ] ifadesi verilmiştir. 1.a) İpin enine titreşimlerinin n.ci modunu tanımlayan

Detaylı

ψ( x)e ikx dx, φ( k)e ikx dx ψ( x) = 1 2π θ açısında, dθ ince halka genişliğinin katı açısı: A. Fiziksel sabitler ve dönüşüm çarpanları

ψ( x)e ikx dx, φ( k)e ikx dx ψ( x) = 1 2π θ açısında, dθ ince halka genişliğinin katı açısı: A. Fiziksel sabitler ve dönüşüm çarpanları A. Fiziksel sabitler ve dönüşüm çarpanları B. Seçilmiş bağıntılar Rutherford saçınımının diferansiyel kesiti: Compton kayması Bohr un hidrojenimsi atom modelinde izinli yörüngelerin yarıçapı: olup burada

Detaylı

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Uzaktan Algılama Teknolojileri Uzaktan Algılama Teknolojileri Ders 3 Uzaktan Algılama Temelleri Alp Ertürk alp.erturk@kocaeli.edu.tr Elektromanyetik Spektrum Elektromanyetik Spektrum Görünür Işık (Visible Light) Mavi: (400 500 nm) Yeşil:

Detaylı

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ 1.1. Giriş Kinematik, daha öncede vurgulandığı üzere, harekete sebep olan veya hareketin bir sonucu olarak ortaya çıkan kuvvetleri dikkate almadan cisimlerin hareketini

Detaylı

A A A A A A A A A A A

A A A A A A A A A A A S 2 FİZİ TESTİ. Bu testte 0 soru vardır. 2. Cevaplarınızı, cevap kâğıdının Fizik Testi için ayrılan kısmına işaretleyiniz.. Aşağıdakilerden hangisi momentum birimidir? joule joule A) B) newton saniye weber

Detaylı

ANKAA ÜNİVESİTESİ FEN BİLİMLEİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ OSİLATÖ SEL SİSTEMİNDE OPTİK KAVİTE YAPILAI VE LAZE KAZANÇ MEKANİZMALAI Sezen TEKİN FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKAA 008 Her hakkı saklıdır

Detaylı

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIMLA ISI TRANSFERİ DENEYİ ÖĞRENCİ NO: ADI SOYADI:

Detaylı

Sayısal Filtre Tasarımı

Sayısal Filtre Tasarımı Sayısal Filtre Tasarımı Sayısal Filtreler Filtreler ayrık zamanlı sistemlerdir. Filtreler işaretin belirli frekanslarını güçlendirmek veya zayıflatmak, belirli frekanslarını tamamen bastırmak veya belirli

Detaylı

RASGELE SÜREÇLER İ.Ü. ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ İLETİŞİM LABORATUVARI ARALIK, 2007

RASGELE SÜREÇLER İ.Ü. ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ İLETİŞİM LABORATUVARI ARALIK, 2007 RASGELE SÜREÇLER İ.Ü. ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ İLETİŞİM LABORATUVARI ARALIK, 007 1 Tekdüze Dağılım Bir X rasgele değişkenin, a ve b arasında tekdüze dağılımlı olabilmesi için olasılık yoğunluk

Detaylı

Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar.

Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar. Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar Manyetik Alan Manyetik Alan Çizgileri Manyetik Alan İçinde Hareket Eden Elektrik Yükü Akım Taşıyan Bir İletken Üzerine Etki Manyetik Kuvvet http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.tarakci/

Detaylı

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır. Manyetik Alanlar Manyetik Alanlar Duran ya da hareket eden yüklü parçacığın etrafını bir elektrik alanın sardığı biliyoruz. Hatta elektrik alan konusunda şu sonuç oraya konulmuştur. Durgun bir deneme yükü

Detaylı

12. SINIF KONU ANLATIMLI

12. SINIF KONU ANLATIMLI 12. SINIF KONU ANLATIMLI 3. ÜNİTE: DALGA MEKANİĞİ 2. Konu ELEKTROMANYETİK DALGA ETKİNLİK VE TEST ÇÖZÜMLERİ 2 Elektromanyetik Dalga Etkinlik A nın Yanıtları 1. Elektromanyetik spektrum şekildeki gibidir.

Detaylı

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi Bölüm 3 Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi Sönümsüz Titreşim: Tek serbestlik dereceli örnek sistem: Kütle-Yay (Yatay konum) Bir önceki bölümde anlatılan yöntemlerden herhangi biri

Detaylı

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü 101537 RADYASYON FİZİĞİ Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü TEMEL KAVRAMLAR Radyasyon, Elektromanyetik Dalga, Uyarılma ve İyonlaşma, peryodik cetvel radyoaktif bozunum

Detaylı

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL ELEKTRİKSEL POTANSİYEL Elektriksel Potansiyel Enerji Elektriksel potansiyel enerji kavramına geçmeden önce Fizik-1 dersinizde görmüş olduğunuz iş, potansiyel enerji ve enerjinin korunumu kavramları ile

Detaylı

FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI. Prof. Dr. Ömer Yavaş

FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI. Prof. Dr. Ömer Yavaş 1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FİZİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI Prof. Dr. Ömer Yavaş 1. Hafta: Parçacık Hızlandırıcıları: Temel Kavramlar 2. Hafta: Parçacık Çarpıştırıcıları:

Detaylı

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I IŞINIMLA ISI İLETİMİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I IŞINIMLA ISI İLETİMİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1 IŞINIMLA ISI İLETİMİ Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1 1. Amaç Isıl ışınımla gerçekleşen ısı transferinin gözlenmesi, ters kare ve Stefan- Boltzmann kanunlarının ispatlanması.

Detaylı

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar Termal nötronlar (0.025 ev) Orta enerjili nötronlar (0.5-10 kev) Hızlı nötronlar (10 kev-10 MeV) Çok hızlı nötronlar (10 MeV in üzerinde)

Detaylı

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ] Örnek-4 Bir antenin güç yoğunluğu Olarak verildiğine göre, ışıyan

Detaylı

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri 2. Alternatif Akım =AC (Alternating Current) Değeri ve yönü zamana göre belirli bir düzen içerisinde değişen akıma AC denir. En çok bilinen AC dalga biçimi Sinüs dalgasıdır. Bununla birlikte farklı uygulamalarda

Detaylı

Ahenk (Koherans, uyum)

Ahenk (Koherans, uyum) Girişim Girişim Ahenk (Koherans, uyum Ahenk (Koherans, uyum Ahenk (Koherans, uyum http://en.wikipedia.org/wiki/coherence_(physics#ntroduction Ahenk (Koherans, uyum Girişim İki ve/veya daha fazla dalganın

Detaylı

1. AMAÇ Işınımla ısı transferi olayının tanıtılması, Stefan-Boltzman kanunun ve ters kare kanunun gösterilmesi.

1. AMAÇ Işınımla ısı transferi olayının tanıtılması, Stefan-Boltzman kanunun ve ters kare kanunun gösterilmesi. IŞINIMLA ISI TRANSFERİ 1. AMAÇ Işınımla ısı transferi olayının tanıtılması, Stefan-Boltzman kanunun ve ters kare kanunun gösterilmesi. 2. TEORİ ÖZETİ Elektromanyetik dalgalar şeklinde veya fotonlar vasıtasıyla

Detaylı

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin Matris Metotları 2015-2016 Bahar Yarıyılı Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL 1 BÖLÜM VIII YAPI SİSTEMLERİNİN DİNAMİK DIŞ ETKİLERE GÖRE HESABI 2 Bu bölümün hazırlanmasında

Detaylı

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ Infrared (IR) ve Raman Spektroskopisi Yrd. Doç. Dr. Gökçe MEREY TİTREŞİM Molekülleri oluşturan atomlar sürekli bir hareket içindedir. Molekülde: Öteleme hareketleri, Bir eksen

Detaylı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 ATOMİK YAPI Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 Elektron Kütlesi 9,11x10-31 kg Proton Kütlesi Nötron Kütlesi 1,67x10-27 kg Bir kimyasal elementin atom numarası (Z) çekirdeğindeki

Detaylı

Parmela Proje Soruları Çözümleri. 9 Nisan Esin Çavlan & Ece Aşılar

Parmela Proje Soruları Çözümleri. 9 Nisan Esin Çavlan & Ece Aşılar Esin Çavlan Ece Aşılar 9 Nisan 2012 HF Çalışma Topluluğu İçerik Parmela ya Giriş 1 Parmela ya Giriş Giriş 2 Bizden istenen... Biz Neler Yaptık?? PARMELA Parmela ya Giriş Giriş PARMELA: Phase And Radial

Detaylı

Cihazın Bulunduğu Yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü B-Blok, Enerji Verimliliği Laboratuvarı

Cihazın Bulunduğu Yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü B-Blok, Enerji Verimliliği Laboratuvarı Ölçüm Cihazının Adı: Enerji Analizörü Cihazın Bulunduğu Yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü B-Blok, Enerji Verimliliği Laboratuvarı 1) Ölçümün Amacı Amaç; şebeke ya da cihazların(motor barındıran

Detaylı

ýçindekiler Ön Söz xiii Antenler 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Temel Anten Parametreleri 27 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.

ýçindekiler Ön Söz xiii Antenler 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Temel Anten Parametreleri 27 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2. çindekiler Ön Söz xiii 1 Antenler 1 1.1 Giri 1 1.2 Anten Tipleri 4 1.3 I ma Mekanizmas 7 1.4 nce Tel Antende Ak m Da l m 17 1.5 Tarihsel Geli meler 20 1.6 Multimedya 24 Kaynakça 24 2 Temel Anten Parametreleri

Detaylı

X-IŞINI OLUŞUMU (HATIRLATMA)

X-IŞINI OLUŞUMU (HATIRLATMA) X-IŞINI OLUŞUMU (HATIRLATMA) Şekilde modern bir tip X-ışını aygıtının şeması görülmektedir. Havası boşaltılmış cam bir tüpte iki elektrot bulunur. Soldaki katot ısıtıldığında elektronlar salınır. Katot

Detaylı

Parçacık Hızlandırıcılarında RF ve Güç

Parçacık Hızlandırıcılarında RF ve Güç Parçacık Hızlandırıcılarında RF ve Güç Prof. Dr. Ömer Yavaş Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü V. UPHDYO, 29.08-03.09.2009, Bodrum 1 İçerik Radyo Frekans ( RF ) Enerji Kazanımı Maxwell Denklemleri

Detaylı

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ Giriş Isı değiştiricileri (eşanjör) değişik tiplerde olup farklı sıcaklıktaki iki akışkan arasında ısı alışverişini temin ederler. Isı değiştiricileri başlıca yüzeyli

Detaylı

KUTUPLANMA (Polarizasyon) Düzlem elektromanyetik dalgaların kutuplanması

KUTUPLANMA (Polarizasyon) Düzlem elektromanyetik dalgaların kutuplanması KUTUPLANMA (Polarizasyon) Kutuplanma enine dalgaların bir özelliğidir. Ancak burada mekanik dalgaların kutuplanmasını ele almayacağız. Elektromanyetik dalgaların kutuplanmasını inceleyeceğiz. Elektromanyetik

Detaylı

Dizi Antenler. Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır.

Dizi Antenler. Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır. Dizi Antenler Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır. 1. Dizi antenin geometrik şekli (lineer, dairesel, küresel..vs.) 2. Dizi elemanları arasındaki

Detaylı

ALTERNATİF AKIMIN DENKLEMİ

ALTERNATİF AKIMIN DENKLEMİ 1 ALTERNATİF AKIMIN DENKLEMİ Ani ve Maksimum Değerler Alternatif akımın elde edilişi incelendiğinde iletkenin 90 ve 270 lik dönme hareketinin sonunda maksimum emk nın indüklendiği görülür. Alternatif akımın

Detaylı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 ATOMİK YAPI Atom, birkaç türü birleştiğinde çeşitli molekülleri, bir tek türü ise bir kimyasal öğeyi oluşturan parçacıktır. Atom, elementlerin özelliklerini taşıyan en küçük yapı birimi olup çekirdekteki

Detaylı

Tek Boyutlu Potansiyeller: Potansiyel eşiği

Tek Boyutlu Potansiyeller: Potansiyel eşiği Tek Boyutlu Potansiyeller: Potansiyel eşiği Şekil I: V 0 yüksekliğindeki potansiyel eşiği. Parçacık soldan gelmekte olup, enerjisi E dir. Zamandan bağımsız bir durumu analiz ediyoruz ki burada iyi belirlenmiş

Detaylı

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri VAKUM TÜPLÜ GÜNEŞ KOLLEKTÖR DENEYİ 1. DENEYİN AMACI: Yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinde kullanılan vakum tüplü kollektör tiplerinin tanıtılması, boyler tankına sahip olan vakum tüplü

Detaylı

FIZ Arasınav 9 Aralık 2017

FIZ Arasınav 9 Aralık 2017 Sınav Türü A Sayfa 1 / FIZ 10. Arasınav 9 Aralık 017 Grup Numarası Ad Tür Liste Numarası Öğrenci Numarası E-posta Soyad DİKKAT : Her soru için yalnızca bir doğru cevap vardır ve her doğru cevap 1 puan

Detaylı

Analog Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri

Analog Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri Analog Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri Analog alçak geçiren bir filtrenin genlik yanıtı H a (jω) aşağıda gösterildiği gibi verilebilir. Ω p : Geçirme bandı kenar frekansı Ω s : Söndürme bandı kenar

Detaylı

Kuantum Fiziğinin Gelişimi (Quantum Physics) 1900 den 1930 a

Kuantum Fiziğinin Gelişimi (Quantum Physics) 1900 den 1930 a Kuantum Fiziğinin Gelişimi (Quantum Physics) 1900 den 1930 a Kuantum Mekaniği Düşüncesinin Gelişimi Dalga Mekaniği Olarak da Adlandırılır Atom, Molekül ve Çekirdeği Açıklamada Oldukça Başarılıdır Kuantum

Detaylı

FARADAY YASASI Dr. Ali ÖVGÜN

FARADAY YASASI Dr. Ali ÖVGÜN FİZK 104-202 Ders 9 FARADAY YASASI Dr. Ali ÖVGÜN DAÜ Fizik Bölümü Kaynaklar: -Fizik 2. Cilt (SERWAY) -Fiziğin Temelleri 2.Kitap (HALLIDAY & RESNIK) -Üniversite Fiziği (Cilt 2) (SEARS ve ZEMANSKY) http://fizk104.aovgun.com

Detaylı