EXPERIMENT NOTES DENEY NOTLARI

Transkript

1 EXPERIMENT NOTES DENEY NOTLARI EDITORS / EDİTÖRLER: CÜNEYT ÇELİKTAŞ, AZİZ KURT FATMA ÇAĞLA ÖZTÜRK, GÖKÇE ARAT OSMAN AZMİ BARUT

2 Bilime, Bilimsel Araştırmaya önem vermeyen ve bundan dolayı ileri teknolojileri üretemeyen ülkelerin, varlıklarını sürdürebilmeleri mümkün değildir. Prof. Dr. Baki AKKUŞ i

3 Değerli UPHDYO X Katılımcıları, Türk Fizik Derneği olarak 2005 Dünya Fizik Yılı ndan itibaren düzenlemekte olduğumuz parçacık hızlandırıcıları ve detektörleri yaz okulları nın bu sene onuncusunu düzenlemenin mutluluğunu yaşamaktayız. Dileğimiz, artık gelenekselleşen bu yaz okulunun önümüzdeki yıllarda da artan bir ilgiyle devam etmesidir. Yaz okulunun birincisi 4-9 Temmuz 2005 te Ankara Üniversitesinde, ikincisi Eylül 2006 da, üçüncüsü Eylül 2007 de, dördüncüsü 2-5 Eylül 2008 de, beşincisi 29 Ağustos -3 Eylül 2009 da, altıncısı 2-7 Eylül 2010 da, yedincisi Ağustos 2011 de, sekizincisi Eylül 2012 de, dokuzuncusu ise Eylül 2013 de Bodrum Belediyesi Nurol Kültür Merkezi, OASIS, Bodrum da gerçekleştirilmiştir. TÜBİTAK, Işık Üniversitesi, İstanbul Üniversitesi, Ege Üniversitesi ve Türk Fizik Derneğinin ortaklaşa düzenleyeceği ve Bodrum Belediyesinin ev sahipliğinde, Temmuz 2014 tarihleri arasında gerçekleşecek olan X. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu nda sadece konuyla ilgili özellikle güncel bilgilerin yer alacağı dersler ve derslerden sonra deneylerin yapılması planlanmıştır. Organizasyonun hazırlanmasında emeği geçen Bilim Kurulu Başkanı Prof. Dr. İsa DUMANOĞLU, Düzenleme Kurulu Başkanı Doç. Dr. Cüneyt ÇELİKTAŞ, Yaz Okulu Koordinatörü Aziz KURT başta olmak üzere organizasyonda emeği geçen ve canla başla çalışan bütün arkadaşlara teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca yaz okulunun gerçekleşmesi için bizlere katkı sağlayan Bodrum kaymakamlığı, Bodrum Belediyesi, TÜBİTAK, Işık Üniversitesi, İstanbul Üniversitesi, Ege Üniversitesi, THM, Pearson, Renko, Rentech ve NEL Elektronik e teşekkür ediyorum Bilimsel Eğitim Etkinliklerini Destekleme Programı ile X. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu nu desteklediği için TÜBİTAK a teşekkürü bir borç bilirim. Bu organizasyonumuzda bizlerden desteğini esirgemeyen Bodrum Kaymakamı Sayın Dr. Mehmet GÖDEKMERDAN a, organizasyonun başarılı geçmesi için bizlere destek veren Sayın Bodrum Belediye Başkanı Mehmet KOCADON a ve Bodrum Belediyesi Meclis Üyesi Sayın Hüseyin YILDIZHAN a teşekkürü bir borç biliyorum. Yaz Okulu nda ders anlatmayı kabul eden sayın hocalarımıza ve değerli katılımcılara teşekkür eder, bir doğa harikası olan Ege Bölgesi nin güzide turizm, kültür, sanat ve bilim merkezlerinden biri olan Bodrum ilçemize hoşgeldiniz der; yaz okulunun hepimiz adına başarılı geçmesini dilerim. Prof. Dr. Baki AKKUŞ Türk Fizik Derneği Başkanı President of the Turkish Physical Society ii

4 Değerli UPHDYO 10 Katılımcıları, Bu yıl Bodrum da onuncusunu düzenlediğimiz ve artık geleneksel hale gelen TFD Ulusal Parçacık Hızlandırıcıları ve Dedektörleri Yaz Okulu na hoş geldiniz. Sizleri aramızda görmekten mutluluk ve kıvanç duymaktayız. Okulumuzun ilk düzenlendiği 2005 yılından günümüze kadar ülkemizde önemli gelişmeler oldu. Çok yakın bir zamanda ülkemiz de yeni bir hızlandırıcıya sahip olacak. Türk Hızlandırıcı Merkezi Projesi çerçevesinde Gölbaşı nda tesisler kurulmaya başlandı. Ayrıca TAEK öncülüğünde de bir proton hızlandırıcı merkezi kuruldu ve çalışmaya başladı. Bu yıl nihayet yıllardır hayalini kurduğumuz CERN üyeliği konusunda en ciddi adım atıldı ve Sayın Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Taner Yıldız CERN e asosiye üye olmak için sözleşmeyi imzaladı. Gönlümüz tam üyelikten yanaydı. Bunun da en yakın zamanda gerçekleşeceğine olan inancımız daha da arttı. Bu gelişmelere daha önce düzenlenen okulların katkısının önemli olduğuna inanıyorum. Bu gelişmeler ışığında yetişmiş genç eleman gücüne olan ihtiyacımız da gittikçe artmaktadır. Bu konuda hepimizin omuzlarına önemli bir sorumluluk binmiştir. Bu sorumluluğun bilincinde olarak hepimizin elinden gelen katkıyı ortaya koyacağına olan güvenim tamdır. Okulumuzda hızlandırıcıdan dedektörlere ve dedektör fiziğinden parçacık fiziğine çok değişik konulara değinilecek ve imkanların el verdiği ölçüde de bunların uygulamasını içeren deneyler yaptırılacaktır. Bu kadar geniş bir yelpazeyi kapsaması açısından da okulumuz oldukça önemlidir. Sizlerin bu fırsatı en iyi şekilde değerlendireceğinize olan güvenim tamdır. Bu okulun düzenlenmesinde emeği geçen herkese, bizi güler yüzleriyle yıllardır karşılayan Bodrum Belediye Başkanlığına, bu okulu geleneksel hale getiren Türk Fizik Derneğine, değerli katkılarını esirgemeyen Bilim Kurulu na, değerli zaman ve emeklerini ortaya koyan Düzenleme Kurulu na ve verdikleri ders ve düzenledikleri deneyleri büyük özveriyle hazırlayan saygıdeğer meslektaşlarıma, desteklerini esirgemeyen bütün kurum ve kuruluşlara ve de buraya bir şeyler öğrenip ülkesi için faydalı işler gerçekleştirmek için gelen siz sevgili öğrencilerimize en içten duygularımla teşekkür ederim, tüm çalışmalarınızda başarılar dilerim. Ek olarak 2229 Bilimsel Eğitim Etkinliklerini Destekleme Programı kapsamında 10. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Dedektörleri Yaz Okulu nu desteklediği için TÜBİTAK a teşekkürü bir borç bilirim. İsa DUMANOĞLU UPHDYO 10 Bilim Kurulu Başkanı iii

5 Değerli Hocalarım, Sevgili Öğrenciler, Türk Fizik Derneği ve çok değerli akademisyenlerimizin katkıları ile 2005 yılından bu yana düzenli olarak gerçekleştirilen ve artık geleneksel hale gelmiş olan Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu nu onuncusunu bu yıl Temmuz 2014 tarihleri arasında Bodrum da gerçekleştirmekteyiz. Bu yılki yaz okuluna katılan tüm hocalarımıza ve öğrencilerimize öncelikle hoşgeldiniz diyerek hepinizi saygı ve sevgilerimle selamlıyorum. Siz öğrencilerimize ders vermek, sizlerin ilgi ve bilgilerini artırmak için zaman ayıran, ders notu hazırlayan, büyük fedakarlıklarla her türlü yardımda bulunan, yaz tatilini sizlerle geçirmeyi kabul eden, yurt içinden ve dışından gelen tüm eğitmenlerimize yürekten teşekkürlerimi sunarım. Her yıl olduğu gibi bu yıl okulumuzun düzenlenmesinde emeği geçen başta Türk Fizik Derneği (TFD) Genel Başkanı Prof. Dr. Baki Akkuş ve Yönetim Kurulu üyeleri olmak üzere, Bilim Kurulu ve Düzenleme Kurullarında görev alan tüm hocalarımıza, genç çalışma arkadaşlarımıza ve öğrencilere de teşekkür ediyorum. Ayrıca yaz okulunu Bodrum'da düzenlememizde katkılarından dolayı Muğla Valisi, Bodrum Belediye Başkanı, Bodrum Kaymakamına ve destek veren tüm kurum, kuruluş ve şirket yöneticilerine hepimiz adına şükranlarımı sunarım. Ek olarak, 2229 Bilimsel Eğitim Etkinliklerini Destekleme Programı kapsamında 10. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Dedektörleri Yaz Okulu nu desteklediği için TÜBİTAK a teşekkürü bir borç bilirim. Dünyadaki gelişmiş ülkelere bakıldığında, bu ülkelerin bilim ve teknolojiye büyük önem verdikleri görülmektedir. Bunun bir örneği Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) olarak verilebilir. Bu araştırma merkezinde kullanılan dedektör çeşitleri gibi tüm elektronik cihazlar konu üzerindeki yoğun çalışmaların bir sonucu olarak ortaya çıkarılmıştır. Doğaldır ki bu araştırmaların hiçbiri yeterli bilgi birikimi ve alt yapı oluşturulmadan meydana getirilemez. İşte bu sebeple öğrencilerimizin ilgilerini, bilgilerini, deneyimlerini ve ufuklarını artırmak, kendilerine hocalarımızın yardımlarıyla rehberlik etmek, araştırma çalışmalarına yardımcı olabilmek ve her türlü katkıyı verebilmek amacıyla bu tip yaz okulları düzenlenmektedir. Bu yaz okulu vasıtasıyla öğrencilerimizin bilgi ve deneyimlerinin artırılması, ileriki hedeflerine ulaşmalarında yardımcı olunması ve ufuklarının gelişmesi hedeflenmiştir. Bu yaz okulu sadece öğrencilerimiz için değil, tüm katılımcı akademisyenlerin de birbirleriyle fikir alış verişine ve işbirliklerine vasıta olacaktır. Temel bilimlere olan ilginin azaldığı bu günlerde ülkemizin uluslararası düzeydeki araştırmalarda yer alabilmesi ve her türlü bilimsel çalışmalarda adını duyurabilmesi için yetişmiş, bilgili insan gücünün artırılması bu tip yaz okulu aktivitelerinin devamlılığı ve desteklenmesi ile mümkün olacaktır. Son olarak, 2007 yılında Isparta da meydana gelen uçak kazasında kaybettiğimiz bilim şehitlerimizi saygıyla anıyor, bu yaz okulunun gerçekleşmesinde emeği geçen herkese bir kez daha teşekkür ediyor, öğrencilerimize yaz okulunun verimli olmasını diliyorum. Saygılarımla, iv Doç.Dr. Cüneyt ÇELİKTAŞ UPHDYO 10 Düzenleme Kurulu Başkanı 14 Temmuz 2014

6 DESTEKLEYEN KURULUŞLAR / SUPPORTERS v

7 SCIENTIFIC COMMITTEE / BİLİM KURULU İsa DUMANOĞLU Çukurova University / President of the Scientific Committee Çukurova Üniversitesi / Bilim Kurulu Başkanı ************************************* Baki AKKUŞ İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Ercan ALP Argonne National Laboratory / Argonne Ulusal Laboratuvarları Haluk DENİZLİ Abant İzzet Baysal University / Abant İzzet Baysal Üniversitesi Bilge DEMİRKÖZ Middle East Technical University / Orta Doğu Teknik Üniversitesi Mahmut DOĞRU Bitlis Eren University / Bitlis Eren Üniversitesi Eda EŞKUT Çukurova University / Çukurova Üniversitesi Maurizio IORI Sapienza University / Sapienza Üniversitesi Semra İDE Hacettepe University / Hacettepe Üniversitesi Mithat KAYA Kafkas University / Kafkas Üniversitesi Yeşim ÖKTEM İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Yaşar ÖNEL The University of Iowa / Iowa Üniversitesi Gülsen ÖNENGÜT Çukurova University / Çukurova Üniversitesi Erdal RECEPOĞLU - Turkish Atomic Energy Authority (TAEA) / Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) Zehra SAYERS Sabancı University / Sabancı Üniversitesi Saim SELVİ Ege University / Ege Üniversitesi Saleh SULTANSOY TOBB University of Economics and Technology / TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ali TANRIKUT Turkish Atomic Energy Authority (TAEA) / Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) Ömer YAVAŞ Ankara University / Ankara Üniversitesi Taylan YETKİN Yıldız Technical University / Yıldız Teknik Üniversitesi vi

8 PRESIDENT OF SUMMER SCHOOL YAZ OKULU BAŞKANI Baki AKKUŞ İstanbul University / President of the Turkish Physical Society İstanbul Üniversitesi / Türk Fizik Derneği Başkanı ******************************************* INVITED SPEAKERS ÇAĞRILI KONUŞMACILAR Ercan ALP Argonne National Laboratory, USA / Argonne Ulusal Laboratuvarları, ABD vii

9 LECTURERS / DERS VERENLER Ercan ALP Argonne National Laboratory, USA / Argonne Ulusal Laboratuvarları, ABD Ömer YAVAŞ Ankara University / Ankara Üniversitesi Maurizio IORI Sapienza University / Sapienza Üniversitesi Cüneyt ÇELİKTAŞ Ege University / Ege Üniversitesi Latife ŞAHİN İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Ercan PİLİÇER Uludağ University / Uludağ Üniversitesi İlkay TÜRK ÇAKIR İstanbul Aydın University / İstanbul Aydın Üniversitesi Orhan ÇAKIR Ankara University / Ankara Üniversitesi İsa DUMANOĞLU Çukurova University / Çukurova Üniversitesi R. Burcu ÇAKIRLI İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Sema Bilge OCAK Turkish Atomic Energy Authority (TAEA) / Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) Uğur YAHŞİ Marmara University / Marmara Üniversitesi Ergun GÜLTEKİN İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Mehmet BAYBURT Ege University / Ege Üniversitesi Adnan KILIÇ Uludağ University / Uludağ Üniversitesi Yeşim ÖKTEM İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Ayşegül ERTOPRAK İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Leyla POYRAZ İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Fatma Çağla ÖZTÜRK İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Ahmet Gürol KALAYCI Süleyman Demirel University / Süleyman Demirel Üniversitesi Bayram TALİ Çukurova University / Çukurova Üniversitesi Özkan ŞAHİN Uludağ University / Uludağ Üniversitesi Fatma KOÇAK Uludağ University / Uludağ Üniversitesi Özlem KARSLI Ankara University / Ankara Üniversitesi viii

10 ORGANIZING COMMITTEE ORGANİZASYON KOMİTESİ Cüneyt ÇELİKTAŞ Ege University / President of Organizing Committee Ege Üniversitesi / Organizasyon Komitesi Başkanı ********************************************** Tuba ÇONKA NURDAN Turkish-German University / Vice President of Organizing Committee Türk-Alman Üniversitesi / Organizasyon Komitesi Başkan Yardımcısı Aziz KURT İstanbul University / Coordinator İstanbul Üniversitesi / Koordinator Pervin ARIKAN Gazi University / Gazi Üniversitesi İlkay TÜRK ÇAKIR İstanbul Aydın University / İstanbul Aydın Üniversitesi R. Burcu ÇAKIRLI İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Elif Ebru ERMİŞ Ege University / Ege Üniversitesi Lidya SUSAM İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Gözde TEKTAŞ Ege University / Ege Üniversitesi Çiğdem YALÇIN İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Özlem KARSLI Ankara University / Ankara Üniversitesi ix

11 LOCAL ORGANIZING COMMITTEE YEREL ORGANİZASYON KOMİTESİ Özgür AYTAN İstanbul University / President of Local Organizing Committee İstanbul Üniversitesi / Yerel Organizasyon Komitesi Başkanı Gökçe ARAT İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Amaç ASLAN İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Şahin AYDOĞDU İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Engin BOZKURT İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Gökçe ERDOĞAN İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Ayşegül ERTOPRAK İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Nurgül HAFIZOĞLU İstanbul University / İstanbul Üniversitesi M. Şehin ÖZBALAK İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Fatma Çağla ÖZTÜRK İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Gülfem SÜSOY İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Mert ŞEKERCİ Süleyman Demirel University / Süleyman Demirel Üniversitesi Yasemin TANDOĞAN İstanbul University / İstanbul Üniversitesi Yağmur TURAN Ege University / Ege Üniversitesi ve İstanbul Üniversitesi Fizik Kulübü x

12 İÇİNDEKİLER LABVIEW NEDİR? Emre KAZANCI 1 TEMEL ELEKTRONİK ÖLÇME Ahmet Gürol KALAYCI 4 PULS JENERATÖRÜ İLE TEMEL SİNYAL ÖLÇÜMLERİ Cüneyt ÇELİKTAŞ 7 DETEKTÖR BENZETİŞİM UYGULAMALARI - (FLUKA FLUktuierende KAskade) Ercan PİLİÇER 12 GEİGER-MÜLLER SAYICISININ ÇALIŞMA GERİLİMİNİN BELİRLENMESİ Baki AKKUŞ Aziz KURT 17 GEİGER-MÜLLER SAYICISININ ÖLÜ ZAMANININ BELİRLENMESİ Baki AKKUŞ Aziz KURT 22 G-M DEDEKTÖRÜ İLE BETA IŞINLARI ÜZERİNE ÖLÇÜMLER Mehmet BAYBURT 27 OSİLOSKOP YARDIMIYLA G-M VE SİNTİLASYON DETEKTÖRLERİ ÜZERİNE ÖLÇÜMLER Onur KAHVECİ 30 GEANT4 (GEometry ANd Tracking) Adnan KILIÇ 32 FOTO-ÇOĞALTICI TÜPÜN KAZANÇ VE KARANLIK AKIMININ ÖLÇÜLMESİ Samet LEZKİ İsa DUMANOĞLU 39 MCA İLE COMPTON ETKİLEŞİMİ Bayram DEMİR Özgür AYTAN 54 KATILIMCI LİSTESİ 62 xi

13 INDEX WHAT IS LABVIEW? Emre KAZANCI 1 BASIC ELECTRONIC MEASUREMENT Ahmet Gürol KALAYCI 4 BASIC SIGNAL MEASUREMENTS WITH PULS GENERATOR Cüneyt ÇELİKTAŞ 7 DETECTOR SIMULATION APPLICATIONS - (FLUKA FLUktuierende KAskade) Ercan PİLİÇER 12 DETERMINATION OF OPERATION VOLTAGE OF THE GEIGER-MÜLLER COUNTER Baki AKKUŞ Aziz KURT 17 DETERMINATION OF DEAD TIME OF THE GEIGER-MÜLLER COUNTER Baki AKKUŞ Aziz KURT 22 MEASUREMENTS ON BETA DECAYS WITH G-M DETECTOR Mehmet BAYBURT 27 MEASUREMENTS ON G-M AND SINTILLATION DETECTORS USING OSSCILLOSCOPE Onur KAHVECİ 30 GEANT4 (GEometry ANd Tracking) Adnan KILIÇ 32 MEASUREMENT OF PHOTOMULTIPLIER TUBE S GAIN AND DARK CURRENT Samet LEZKİ İsa DUMANOĞLU 39 COMPTON SCATTERING WITH MCA Bayram DEMİR Özgür AYTAN 54 KATILIMCI LİSTESİ 62 xii

14 Labview nedir?* Emre KAZANCI, Uludağ Üniversitesi Labview, National Instruments firması tarafından geliştirilen; özellikle bilim ve mühendislik uygulamaları için özel yazılımları geliştirmekte kullanılan bir geliştirme/derleme ortamıdır. G programming; Labview bünyesinde kullanılan grafik tabanlı yüksek seviyeli programlama dili Hardware Support; Veri iletişimi işlemini hızlandırmak için cihaza özel hazır yazılmış ya da kullanıcı tarafından hazırlanan uygulama geliştirme kitleri (SDK/APK) Analysis and Technical Code Libraries; yazılım geliştirme sürecini hızlandırmak için önceden hazırlanarak amaca göre paketlenmiş yüksek seviye kütüphane ve fonksiyonlar topluluğu. UI Components and Reporting Tools; kullanıcı arayüzü geliştirmek için tasarlanmış bir toolkit ve widget derleyicisi ile kullanıcı ya da geliştirici raporlarını otomatik düzenlemek için geliştirilmiş araçlar. Models of Computation; yüksek fonksiyonlu, geniş kapsamlı, mission critical veya üçüncü parti kullanıcılara yönelik yazılım geliştirme işlemleri için yazılım mimarisi geliştirme araçları ile diğer dil veya derleme ortamları arası uyumluluk moodülleri ve Labview dışı veri tipleri, iletişim protokolleri arası SDK lar. Neden Labview?* Labview alanında tek olmamasına karşın, grafik tabanlı yaklaşımı öğrenme sürecini kısalttığı, fizik ve mühendislik alanları ile veri iletişimi/işlemesine yoğunlaştığı ve çok geniş bir ihtiyaç/kullanıcı aralığına hitap ettiği için günümüzde kendi sektörünün bir numaralı çözüm önerisi konumundadır. Labview Programlamaya Giriş Bu bölümde Labview ile ilgili temel kavramlar anlatılacaktır. *.vi uzantılı herhangi bir derlenmemiş Labview dosyası iki ayrı ekrandan oluşmaktadır. Tamamen beyaz zeminden oluşan blok diyagram fonksiyonel olarak kod geliştirmesinin yapıldığı kısım iken gri zeminli Front Panel kullanıcı arayüzü geliştirme ekranıdır. Her iki ekran birbirinden bağımsız çalışır ve son kullanıcı block diyagrama hiçbir zaman erişemez, buna karşın her iki ekranda da diğer ekranı ilgilendiren bir obje oluşturulduğunda ilgili objenin yansıması iki ekrana otomatik aktarılır. * 1

15 Bu bölümde klasik programlama terim ve konseptlerinin Labview ortamındaki karşılıkları, renk ve kablo şekillerinin anlamları, temel algoritmik fonksiyonlar, temel objelerin oluşturulması ve düzenlenmesi, temel test araçları ve geliştirilmesi tamamlanan basit bir kodun çalıştırılması gösterilecektir. PXI sistemler PXI, PCI extensions for Instrumentation terimlerinden türetilmiş, endüstriyel uygulamalarda kullanılmak üzere geliştirmiş bir bilgisayar arayüz tipidir. PXI, PXIe, MXI alt türlerini barındırır ve cpci form faktörünü kullanmasına karşın senkronizasyon portu taşır. Toz, darbe, titreşim, ısı ve voltaj regülasyonu dayanımının daha yüksek olması sayesinde endüstriyel veya saha uygulamalarında kullanılabilir. PXI sistemler, modüler enstrümantasyon ailesinin bir üyesidir. Ve bu ailenin tüm üyeleri gibi şasi, işlemci, kontrolcü ve kart olarak amaca/uygulamaya yönelik olarak optimize edilmelidir. Bu bölümde PXI ürün ailesi ile ilgili kısa bir bilgi verilerek uygulamaya göre cihaz optimizasyonunun nasıl yapılması gerektiği anlatılacaktır. Labview ve PXI sistemler ile sinyal alışverişi ve sinyal işleme Labview PXI sistemleri kullanarak sinyal alışverişi ve sinyal işleme yapmanın en kolay yollarından birisidir. Sinyal alışverişi temel olarak ikiye ayrılabilir. Yüksek seviye protokoller üzerinden cihazlar arası veri aktarımı ve analog ya da dijital olarak genel amaçlı sinyal giriş/çıkışı (GPIO) Bu bölümde temel iletişim protokolleri olan CAN, RS232, TCP/IP ve GPIB için Labview kütüphanelerinin kullanımı, master/slave ve host/target mimarileri analog ve dijital sinyal aktarımı için express VI ile Low level API yöntemleri ve bu yöntemlerinin birbirine göre avantaj/dezavantajları incelenecektir. * 2

16 * ISIS proton sinkrotronu demet pozisyon monitörü * (yapım aşamasında) TARLA e-gun kontrol sistemi ana operatör ekranı 3

17 Temel Elektronik Ölçme Ahmet Gürol KALAYCI, Süleyman Demirel Üniversitesi Osiloskobun Çalıştırılması 1. Osiloskobun açma-kapama (ON-OFF) anahtarı kapalı konumdayken, odaklama (FOCUS) ve ışık şiddeti (INTENSITY) düğmeleri en küçük konumlarda olmalı. 2. Düşey ve yatay konumu kontrol düğmeleri yaklaşık olarak ortalarda olmalı. 1. Başka bir işaretle senkronizasyon sağlamak amaçlı (EXT) düğmesi, dışarıdan alınan herhangi bir işarete göre senkron olunmak istenmediği sürece kapalı konumunda olmalı. 3. Yukarıda belirtilen hususlara dikkat ettikten sonra osiloskobun fişini şehir şebekesine bağlayınız. 4. Açma-kapama (ON-OFF) anahtarını ON konumuna alınız. 5. Osiloskop ısınıncaya kadar bekleyiniz. Daha sonra ışık çizgisi ekranda görülebilecek kadar INTENSITY düğmesiyle ışık şiddetini ayarlayınız. Eğer çizgi ekranda görülmüyorsa, X-Y POSITION diye belirtilen konum kontrol düğmeleri yardımıyla, ışık çizgisini bulmaya çalışınız. Daima, INTENSITY yi mümkün olduğu kadar küçük seviyelerde tutunuz. Çünkü, ışıklı çizgi çok parlak olursa ekranın fluoresan maddesi yanabilir. 6. Odaklama (FOCUS) düğmesi ile ışıklı çizginin netliğini sağlayınız. 7. Konum kontrollerini X-Y POSITION kullanarak çizgiyi ortalayınız. 8. AT/NORM düğmesini kapalı konuma getirerek tetiklemenin otomatik olarak yapılmasını sağlayınız. 9. TIME/DIV düğmesini 10 ms (yada daha az) konuma alınız. Bütün bu işlemlerden sonra osiloskop, ölçmeler için kullanılmaya hazırdır. Gerilim Ölçme Osiloskop bir voltmetre gibidir. Süpürme gerilimi varken düşey girişi uygulanan, örneğin sinüsoidal bir gerilimin zamana göre değişimi ekran üzerinde görülür. Düşey sapmanın uzunluğu okunarak giriş işaretinin tepeden tepeye değeri okunabilir. Burada istenirse işaretin efektif değeri de hesaplanabilir. 4

18 Test Direnci Kullanarak Akım Ölçme Osiloskoplar genellikle gerilim ölçmeye yararlar. Dolaylı olarak akım ölçülebilir. Akım ölçmenin bir yolu, değeri bilinen lineer bir direnç kullanarak bunun uçlarındaki gerilimi ölçüp, Ohm yasasından yararlanarak içinden geçen akımı hesaplamaktır. Endüktans özelliği göstermeyen, 1 Ohm değerinde direnç seçilir. Bu durumda gözlenen gerilim, ölçülmek istenen akımla aynı biçimde olur ve aynı sayısal değere sahip olur. Zaman Ölçme Süpürme gerilimi varken osiloskobun zaman devresinin TIME/DIV anahtarıyla dalga şekli ekranda elde edilir. Şekil, yatay bölmeler okunabilecek uygun bir yere getirilir. Bu durumda, zaman = yatay uzunluk * (time/div) olmaktadır. Frekans Ölçme Periyodik bir dalganın frekansını ölçme, süpürme geriliminin peryodundan yararlanarak mümkün olur. Periyodik dalganın peryodu T ise, frekansı f = 1/T olur. Periyot, zaman ölçmesinde anlatılan yolla bulunduktan sonra; frekans, periyodun çarpmaya göre tersi alınarak hesaplanır. İşaret Üreteci (Fonksiyon Jenaratörü) İşaret üreteci, belirli üst ve alt sınırlar içinde, istenilen genlik ve frekans değerinde sinüs, kare, üçgen gibi dalga şekillerini üretebilir. Frekansı ayarlarken önce çalışılacak alan seçilir (RANGE); sonra da FREQUENCY düğmesiyle hassas ayar yapılarak istenilen frekans elde edilir. 1. Açma kapama düğmesi 2. İşaret üretecinin çalışır durumda olup olmadığını gösteren düğme 3. Frekans kademesi düğmeleri 4. Dalga şekli düğmeleri 5

19 5. Çarpan katsayı (Frekans kademesindeki değeri 0,2 ile 2,0 arasındaki bir sayı ile çarparak çalışmayı istediğimiz frekans değerine ulaşmamızı sağlar) 6. Dalga şeklinin zaman simetrisini kontrol eden düğme (düğme CAL durumundaysa dalga şekli %100 simetriktir.) 7. Zaman simetrisini eviren düğme 8. Çıkış işaretinin DC düzeyini ayarlamaya yarayan anahtar 9. Çıkış işaretinin genliğini kontrol eden düğme 10. Bu düğmeye basıldığında çıkış işaretinde 20 db lik bir zayıflama meydana gelir. 11. Kare, üçgen, sinüs dalga şekillerinin alınabildiği çıkış 12. Frekans aralığını dışarıdan taramak (VCF: voltage-controlled frequency) için kullanılan giriş 13. TTL lojik devrelerini sürmek için kullanılan çıkış Deneyin Yapılışı 1. Osiloskop çalıştırılır ve daha sonra işaret üreteci ile bağlantısı yapılır. 2. İşaret üretecinden elde edilecek sinüsoidal ve kare dalga işaretleri için gerilimleri 1V frekansları da f = 800 Hz ve 10 khz olarak ayarlayınız. Osiloloskop ile işaret üreteci arasındaki bağlantıyı sağlayarak osiloskop ekranında görülen işareti düşey ve yatay kuvvetlendirme katsayılarını göz önüne alarak çiziniz. 3. Şekil 46 deki düzeneği kullanarak 1V luk f = 1kHz frekansında sinüsoidal gerilim için devreden geçen akımı osiloskop kullanarak bulunuz. Bulduğunuz akım değerini ve devrede kullanılan direnç değerleri kullanarak sinyal üretecinden elde edilen gerilim değerine ulaşmaya çalışınız. Şekil 1 Devrenin Kurulumu 6

20 PULS JENERATÖRÜ İLE TEMEL SİNYAL ÖLÇÜMLERİ Doç. Dr. Cüneyt ÇELİKTAŞ Elif Ebru ERMİŞ (Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Bornova, İZMİR) Türk Fizik Derneği X. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu Temmuz 2014 / Bodrum Belediyesi Nurol Kültür Merkezi OASİS, Bodrum, Muğla, TÜRKİYE 7

21 PULS JENERATÖRÜ İLE TEMEL SİNYAL ÖLÇÜMLERİ Nükleer elektronikteki bilgilerin kodlanması genellikle puls sinyalleriyle yapılmaktadır. Aşağıdaki şekilde ideal bir dikdörtgen biçimindeki sinyal gösterilmiştir. Bu şekilden yararlanarak aşağıdaki bazı temel büyüklükleri tanımlayabiliriz: Şekil 1. Sinyal şekli [1]. Puls yüksekliği (Genlik): Taban çizgisine göre ölçülen maksimum yükseklik puls yüksekliği veya genlik olarak adlandırılır [1]. Yükselme zamanı: Pulsun genliğinin %10 undan %90 ına çıkması için geçen zaman aralığı olarak tanımlanır [2]. Düşme zamanı: Pulsun genliğinin %90 ından %10 una düşmesi için geçen zaman olarak adlandırılır [1]. Maksimumun yarısındaki tam genişlik (Puls genişliği, FWHM): Sinyalin genliğinin yarısının tam genişliği olarak tanımlanır [2]. Pik zamanı: Pik zamanı, sinyalin en yüksek genliğe ulaşması için gerekli olan zaman olarak tanımlanır [2]. Tek (unipolar) ve çift (bipolar) kutuplu sinyaller: Sinyal pulsları tek veya çift kutuplu olabilir. Tek kutuplu puls, taban çizgisinin üst veya alt kısmında kalan kapalı bölgedir. Bunun aksine çift kutuplu sinyaller de taban çizgisinin alt ve üst kısmında kalan kapalı bölgelerden ibarettir. Radyasyon ölçümünde her iki sinyal çeşidi de kullanılır [1]. 8

22 Şekil 2. Tek ve çift kutuplu sinyal şekilleri (Leo, 1987). NIM ( Nuclear Instrument Module ) STANDARDI Nükleer ve yüksek enerji fiziği için oluşturulan ilk ve basit standart NIM olarak adlandırılan bir modüler sistemdir. Bu sistemde yükseltici ve ayırıcı gibi temel elektronik cihazlar BIN adı verilen elektriksel besleme kasalarına yerleştirilir. BIN e yerleştirilen cihazlar standart güç modülleri ile beslenir [1]. DENEYİN YAPILIŞI Burada Deney I de yer alan devre şemasındaki sintilatör ve fotoçoğaltıcı tüp yerine puls jeneratörü kullanılmıştır. Puls jeneratörü devrede, dedektör çıkış sinyallerine benzer sinyal üretici olarak görev yapar. Devrede, puls jeneratörü tarafından üretilen sinyaller önce ön yükselticiye, daha sonra da ana yükselticiye gönderilmiştir. Ana yükseltici çıkışı ise sinyalleri incelemek üzere osiloskoba bağlanacaktır (Şekil 3). Şekil 3. Deney düzeneği. Deneyde aşağıdaki tabloya uygun olarak ana yükseltici ince kazanç (Fine gain) değerlerini değiştiriniz. Birbirinden farklı her bir ana yükseltici ince kazanç değeri için, ana yükseltici çıkışındaki sinyalin genliğini, yükselme, düşme, pik zamanlarını ve FWHM değerlerini kayıt ediniz. Ana yükseltici ince kazanç değerlerine karşılık gelen genlik değerlerini grafiğe geçiriniz. Bulduğunuz sonuçları yorumlayınız. 9

23 Ana yükseltici ince kazanç değerleri 5 Genlik (mv) Yükselme zamanı ( s) Düşme zamanı ( s) Pik zamanı ( s) FWHM ( s)

24 Kaynaklar [1] Leo, R.W., 1987, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, Germany. [2] Knoll, G.F., 2000, Radiation Detection and Measurement, John& Sons. Inc., New York. 11

25 DETEKTÖR BENZETİŞİM UYGULAMALARI (FLUKA FLUktuierende KAskade) ERCAN PİLİÇER Uludağ Üniversitesi, Fizik Bölümü, Yüksek Enerji Fiziğinde simulasyon çalışmaları parçacıkların dinamiği hakkında bilgi sahibi olmak için yapılmaktadır. Böylece etkileşmeye giren ve çıkan parçacıkların çeşitleri, enerjileri, saçılma açıları, pozisyonları, momentumları gibi nicelikleri hakkında fikir edinilebilir. FLUKA benzetişim programı parçacık takibi yapan programlar arasında yaygın olarak kullanılanıdır. FLUKA Fortran kodu kullanılarak hazırlanmış ve parçacıkların madde ile etkileşmesini ve transportunu içeren genel amaçlı bir benzetişim aracıdır. FLUKA kodunun gelişiminin tarihçesine bakıldığında 3 aşamada sınıflandırılabileceği görülür: Birinci nesil, 70' lerin FLUKA' sı (J. Ranft ve J. Routti) İkinci nesil, 80' lerin FLUKA' sı (P. Aarnio, A. Fasso, H. J. Möhring, J. Ranft, G.R. Stevenson) Üçüncü nesil, Günümüzdeki FLUKA (A. Fasso, A. Ferrari, J. Ranft ve P.R. Sala) İlk kod yılları arasında Rutherford Yüksek Enerji Laboratuvarında (RHEL, Rutherford High Energy Lab) çalışan Johannse Ranft tarafından yüksek enerjili proton hızlandırıcıların zırhlandırıcı tasarımı çalışmalarında kullanıldı. Bu kod FLUKA (FLUktuierende KAskade) olarak isimlendirildi ve hadron kalorimetrelerde kullanılan NaI kristallerinin performansının değerlendirilmesi amacı için kullanıldı. Daha sonrasında CERN Radyasyon Korunma Grubu ve Helsinki Teknoloji Üniversitesi (HUT, Helsinki University of Technology) çalışma ekipleri destekleri ile farklı geometriler ve materyaller için genelleştirildi. İlerleyen zamanlarda ise A. Ferrari ve A. Fasso öncülüğünde kod yüksek enerji ve parçacık fiziği gibi aşağıda da sıralanan birçok alanda kullanılabilecek duruma getirildi. Nötrino fiziği (ICARUS, CNGS) Kozmik ışın çalışmaları (Notre-Dame, AMS, Corsika) Demet detektör etkileşimleri (CERN, NLC, LCLS) Radyasyondan korunma (CERN, INFN, SLAC, DESY) Sinkrotron ışıması (SLAC) Deneylerdeki radyasyon hasar çalışmaları (ATLAS, LHC) Ticari uçuşlarda doz hesabı (NASA, EU) Radyoterapi (PSI, GSI) Uzay uçuşlarında doz ve radyasyon hasarı (NASA) Kalorimetre çalışmaları (ATLAS, ICARUS) FLUKA kodu 32bit ve 64bit Unix sistemleri için g77 veya gfortran derleyicileri kullanılarak kurulabilir. 32bits (Linux x86) gcc/g77 64bits (Linux x86_64) gcc/gfortran FLUKA kodunu kurmak için çevre değişkenleri aşağıdaki şekilde olmalıdır. 12

26 export HEPSOFTWARE=$HOME/softwares export FLUPRO=$HEPSOFTWARE/fluka linuxAA export FLUTIL=$FLUPRO/flutil export FLUWORK=$HOME/flukawork Kurulum için ise aşağıdaki adımlar izlenmelidir. cd $FLUPRO $FLUTIL/lfluka -m fluka $FLUTIL/ldpm2qmd $FLUTIL/ldpm3qmd cd flutil make Fortran kodu yaklaşık olarak satırdan oluşmaktadır. fluka*.tar.gz sıkıştırılmış dosyası açıldığında içerisindeki dosyalar: FM.pdf libflukahp.a libdpmmvax.a librqmdmvax.a flukapro/ flutil/ usermvax/ interface/ dpmjet/ latestrqmd/ gcrtools/ FLUKA el kitapçığı FLUKA nın standart derlenmiş kütüphanesi FLUKA nın DPMJET için derlenmiş kütüphanesi (> 5 GeV/n) FLUKA nın RQMD için derlenmiş kütüphanesi ( GeV/n) FLUKA genel bloklarını içerir Kullanıcı komut kütüphaneleri (lfluka, ldpmqmd, rfluka, fff) ve yardımcı programları (usxsuw, usbsuw, usysuw...) Kullanıcı programları DPMJET kütüphanelerine arayüz DPMJET veri kütüphaneleri RQMD kütüphanesine arayüz Galaktik kozmik ışınlarla ilgili yardımcı programlar Program içerisinde kullanılan fizik veri kütükleri: coh.bin fluodt.dat gxsect.bin neuxsc-ind 260.bin nuclear.bin Atomik koherent saçılma faktörleri Flörosans ışınım için gerekli veri (düşük enerjili elektron-foton taşınımı) Foton tesir kesitleri Düşük enerjili nötron tesir kesitleri (< 20 MeV) Çekirdek kütleleri, bollukları, fotonükleer etkileşme tesir kesitleri gibi hadron etkileşmelerini içeren veri Hadron etkileşmelerindeki elastik tesir kesitleri Pion tesir kesitleri Bremsstrahlung tesir kesitleri elasct.bin sigmapi.bin brems fin.bin e6r1nds3.fyi, jef2.fyi, jendl3.fyi, xnloan.dat Fisyon ürünleri ve nötron çokluğu (nötron < 20 MeV) sidae.dat, sidan.dat, sidap.dat, sidapi.dat Silikon hasar fonksiyonları Fad/ DDS/ BME için parçacık açısal dağılım kütükleri BME için parçacık enerji spektrumları 13

27 FLUKA 60 değişik parçacığı 1 kev den TeV enerji mertebisine, nötrinolar, muonları herhangi bir enerjide, hadronları 20 TeV enerjiye kadar takip edebilmektedir. Bunun yanında polarize olmuş fotonlar ve optik fotonların da benzetişimini yapabilmektedir. Program içinde kullanılan birim sistemi: Tablo 1. Parçacıkların taşınım sınırları İkincil parçacıklar Birincil parçacıklar yüklü hadronlar 1 kev-20 TeV (*) 100 kev-20 TeV (*) (**) nötronlar termal-20 TeV (*) termal-20 TeV (*) Anti-nötronlar 1 kev-20 TeV (*) 10 MeV-20 TeV (*) müonlar 1 kev-1000 TeV 100 kev-1000 TeV (**) elektronlar 1 kev-1000 TeV 70 kev-1000 TeV (düşük-z materyal) (**) 150 kev-1000 TeV (yüksek-z materyal) (**) fotonlar 100 ev TeV 1 kev TeV ağır iyonlar <10000 TeV/n <10000 TeV/n uzunluk enerji momentum sıcaklık katı açı manyetik alan elektrik alan zaman aktivite LET Doz eşdeğer cm (yüzey cm2, alan cm3) GeV (İstisna: ev ortalama iyonlaşma potansiyeli için MAT-PROP seçeneğiyle kullanılır.) GeV/c derece, Kelvin sr (İstisna: derece kullanıcı isteğine göre USRYIELD seçeneği ile de kullanılabilir.) T kv/cm s (TCQUENCH) yada ns (TIME-CUT) Bq kev/(mg/cm3) psv FLUKA geometrisi Birleştirilmiş Geometri (CG, Combinatorial Geometri) ile kurulmaktadır. Oluşturulan geometrinin hatalarını ayıklamak için yardımcı programlar da mevcuttur. Giriş sıralaması: GEOBEGIN END END GEOEND Geometrinin başlığı Hacim (bodies) elemanları (RPP,RCC,XYP...) Bölgeler (regions) (Hacimlerin çıkarılması, kesişimi, birleşimi) Hacimler Birleştirilmiş Geometrinin (CG) yapı taşlarıdır. FLUKA aşağıda belirtilen kodlarla hem sonlu hem sonsuz toplamda 20 geometrik kapalı şekil içerir: ARB BOX ELL PLA RAW RCC REC RPP SPH TRC WED XCC XEC XYP XZP YCC YEC YZP ZCC ZEC Aynı türden iki hacim elemanının yan yana gelmesinden sakınmak için bir hacim elemanı sonsuz düzlem kesitleri ile iki parçaya ayrılabilir. Bütün bölgeler blackhole denilen alanın içine alınmadır. Bu bölge içerisinde tesir kesiti sonsuz olduğu için buarada parçacık takibi yapılmaz. 14

28 Benzetişim süresince kullanılacak olan fizik için FLUKA ile birlikte gelen bazı varsayılan fizikler kullanılabilmektedir. Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir CALORIMEtry EET/TRANsmut EM{CASCAde ICARUS HADROTHErapy NEUTRONS PRECISIOn SHIELDINg Kalorimetre simulasyonu Enerji dönüşümleri Elektromagnetik sağanak ICARUS deneyinde kullanılan fizik Hadron terapi simulasyonları Düşük enerjili nötronların simulasyonu Daha hassas sonuçların simulasyonu Zırhlama simulasyonları FLUKA giriş kütüğünün uzantısı.inp olan bir metin kütüğüdür. Bu kütükte genel olarak aşağıdakiler nicelikler tanımlanmalıdır: Birincil parçacıklar Ortamın geometrisi, malzemeleri Fiziğin belirlenmesi Değerlendirilecek nicelikler Bu tanımlamalara seçenekler (options), kartlar (cards) veya komutlar (commands) isimleri verilir. Giriş kütükler için 80 den fazla kart vardır ve bu kartlar giriş kütüklerine sabit veya serbest biçim şeklinde yazılabilir. Sabit biçim (A8, 2X, 6E10.0, A8) * KartAdı What(1) What(2) What(3) What(4) What(5) What(6)SDUM Serbest biçim (GLOBAL veya FREE kartları kullanılmalı) * KartAdı What(1), What(2), What(3), What(4), What(5), What(6), SDUM Oluşturulan FLUKA giriş kütüğünü çalıştırmak için aşağıdaki şekilde linux komut satırında yazılır. $FLUTIL/rfluka -N1 -M5 giris_kutugu.inp Çalıştırma satırındaki seçeneklerin (-N, -M gibi) ne anlama geldiğini görmek için aşağıdaki yazılabilir. $FLUTIL/rfluka -h Yapılan benzetişim sonuçlarını hesaplanıp değerlendirildiği standart kartlara örnek olarak: SCORE USRTRACK, USRCOLL USRBDX USRBIN bütün bölgelerde depo edilen enerjiyi kaydeder. belirtilen bölgede belirtilen türde parçacığın oluşturduğu ortalama akı miktarını kaydeder. belirtilen bölgeler arasındaki yüzeyden belirtilen parçacık türüne göre ortalama akıyı kaydeder. kullanıcı tarafından belirtilen hacimde (kartezyen, silindirik, küresel) depo edilen enerjinin dağılımını yada belirtilen parçacık türünün akısını hesaplar. 15

29 USRYIELD RESNUCLEi EVENTBIN USERDUMP AUXSCORE belirtilen bölgeler arasındaki yüzeyden bazı niceliklerin enerji ve açıya göre dağılımını kayıt eder. verilen bölgedeki geriye kalan çekirdekleri kayıt eder. USRBIN'e benzer, fakat her bir olayın sonunda istenilen niceliği kayıt eder. herbir adımdaki olayların bilgisini kayıt eder. belirli türde parçacıkların filtreler ve çevrim katsayılarını tanımlar. FLUKA için kullanılan araçlar aşağıdaki gibi sıralanabilir. FLAIR FLUPIX SimpleGEO FLUGG FLUKACAD/PIPSICAD FlukaGUI readfluka FLUKA için kullanıcı arayüzeyi Live CD nin KNOPPIX versiyonu + FLUKA + FLAIR FLUKA geometrisi oluşturmak için grafiksel araç FLUKA+GEANT4 Geometri arayüzü FLUKA ve AutoCAD arasındaki arayüz Standart FLUKA (USRBIN) ve geometri için arayüz Bazı Standart FLUKA kartların okunması 16

30 GEİGER-MÜLLER SAYICISININ ÇALIŞMA GERİLİMİNİN BELİRLENMESİ Baki AKKUŞ ve Aziz KURT, İstanbul Üniversitesi AMAÇ: Geiger-Müller sayıcısının çalışma prensibi kavranarak, Geiger-Müller sayıcısının çalışma voltajları değiştirilerek Geiger-Müller tüpü için voltaj platosunun elde edilmesi ve tüpe en uygun çalışma geriliminin belirlenmesidir. TEORİK BİLGİ: Geiger-Müller sayıcıları radyasyon deteksiyonu için en sık kullanılan sistemlerden biridir. Geiger-Müller sayıcıları; özel gazla doldurulmuş kapalı bir ortamda, gaz amplifikasyonu ile ölçüm yapan, iyonlaştırıcı radyasyonun algılanmasında ve ölçülmesinde kullanılan bir cihazdır. Geiger-Müller sayıcıları enerjilere ve parçacık çeşitlerine göre ayrım yapmaz. Sadece sayım yapılan süre içerisinde sayıcı içerisine giren parçacıkların (α,β,γ gibi) sayılarını gösterir. Şekil 1.1 Geiger-Müller Sayıcısının Şematik Görünümü. [1] Şekil 1.1 de Geiger-Müller sayıcısının şeması görülmektedir. Katot iletken bir silindir, anot ise ince bir teldir. Silindirin içinde 2-10 cmhg basıncında soygazlardan biri bulunmaktadır. Anot ile katot arasına da bir potansiyel fark uygulanmaktadır. 17

31 İnce pencereden sayaca giren radyasyon gaz moleküllerini iyonlaştırır. Bunun sonucunda oluşan elektronlar büyük bir hızla anoda doğru ilerlerler. Pozitif iyonlar ise katota doğru giderler. Elektronlar tele doğru hareket ederken yolları üzerindeki diğer atomları da iyonlaştırırlar. Böylece zincirleme olaylar sonucu meydana gelen bir elektron çığı anot üzerinde birikir ve devreden kısa süreli bir akım geçer. Bu akım R direncinde bir potansiyel düşmesine yol açar. Potansiyel değişimi bir elektriksel puls biçiminde bir kondansatöre ve daha sonra bir yükseltece gider. Yükselteç çıkışı osiloskopa bağlanırsa bir puls gözlemlenir, hoparlöre bağlanırsa bir tıkırtı duyulur, sayıcıya bağlanırsa sayıcı tarafından sayılır. Sayıcıya uygulanan voltaj ile elde edilen sayım arasında çizilen grafik Şekil 1.2 de görülmektedir. Geiger-Müller sayıcısının sayım almaya başladığı başlangıç potansiyeline; Eşik Değer (Treshold) denir. Bu değerden sonra potansiyel artırılmaya devam ederse sayma hızında da bir artış olur. Bir an gelir ki potansiyel arttırılmasına rağmen sayım hızındaki artışın çok az olduğu görülür. Artışın az olduğu bu bölgeye; Plato adı verilir. Çalışma voltajı olarak tanımlanan tüpün en verimli çalıştığı voltaj miktarına Çalışma Voltajı denir. Bu değer; platonun başladığı değerden sonra yaklaşık olarak %25 tir. Daha sonra voltaj artırılmaya devam edilirse sayım hızı tekrar hızla artmaya başlayacaktır. Bu geçmiş bölgeye Deşarj Bölgesi denir. [1-3] Şekil 1.2 Geiger-Müller Sayıcısının Karakteristik Eğrisi 18

32 DENEYDE KULLANILAN ALETLER: Co-60 Radyoaktif Kaynağı, Geiger- Müller Tüpü, Radyasyon Sayıcısı, Kronometre, Bağlantı Kablosu, Kaynak Tutucu. Şekil 1.3 Geiger-Müller Sayıcısının Çalışma Geriliminin Belirlenmesi Deneyine Ait Deney Düzeneği DENEYİN YAPILIŞI: 1- Radyoaktif kaynak, Geiger-Müller tüpünün tam karşısına, tüpe 3 cm uzakta olacak şekilde tutucuya yerleştirilir ve Geiger-Müller tüpü sayıcıya bağlanır. 2- Sayıcı açılır ve sayıcı üzerinde bulunan anahtar ile voltaj değerleri 50 şer volt artırılarak, sayım almaya başlanılan eşik değer belirlenir. 3- Eşik değer belirlendikten sonra, voltaj 950 volt a kadar arttırılarak, her bir voltaj değeri için birer dakikalık üç ayrı ölçüm alınır ve aşağıdaki tabloya kaydedilir. 19

33 Voltaj ( volt ) N ( Sayım / 60 saniye ) Standart Sapma 4- Her bir voltaj değeri için üç kez tekrarlanan ölçümlerden elde edilen sayımların ortalamaları ve aşağıdaki formülden yararlanılarak standart sapmaları hesaplanır. d d d... d N.(N 1) N 5- Elde edilen değerler ile voltaja karşı dakikadaki sayım sayısı grafiği çizilir. 6- Geiger-Müller platosu ve çalışma voltajı belirlenir. Geiger-Müller platosu: V Çalışma voltajı : V SORULAR: 1- Geiger - Müller sayaçlarının soygaz ile doldurulmuş olmasının nedenini açıklayınız. 2- Deneyde kullanılan Co-60 kaynağı hangi tip radyasyon yayınlar? 3- Geiger - Müller sayacı ile radyasyon tipinin belirlenememesinin nedeni nedir? 20

34 KAYNAKLAR: Krane, K.S Nükleer Fizik, Palme. 3- Glenn F. Knoll, Radiation Detection and Measurement 4- PHYWE physics, deney kataloğu, 21

35 GEİGER-MÜLLER SAYICISININ ÖLÜ ZAMANININ BELİRLENMESİ Baki AKKUŞ ve Aziz KURT, İstanbul Üniversitesi AMAÇ: Geiger-Müller sayıcısının özellikleri ve çalışma prensibi kavranarak, Geiger-Müller sayıcısının ölü zamanını belirlemesidir. TEORİK BİLGİ: Geiger-Müller sayıcısı enerjilere ve parçacık çeşitlerine göre ayrım yapmaz. Sadece sayım yapılan süre içerisinde detektör içerisine giren parçacıkların (α,β,γ gibi) sayılarını gösterir. Radyasyon sayıcı içinde iyonizasyon meydana getirir. Oluşan elektronlar büyük bir hızla anoda doğru ilerlerler. Pozitif iyonlar ise katota doğru giderler. Elektronlar tele doğru hareket ederken yolları üzerindeki diğer atomları da iyonlaştırırlar. Böylece zincirleme olaylar sonucu meydana gelen bir elektron çığı anot üzerinde birikir ve devreden kısa süreli bir akım geçer. Bu akım R direncinde bir potansiyel düşmesine yol açar. Potansiyel değişimi bir elektriksel puls biçiminde bir kondansatöre ve daha sonra bir yükseltece gider. Yükselteç çıkışı sayıcı tarafından sayılır. Elektronların hareketliliği pozitif iyonlardan fazla olduğu için, daha kısa sürede anot etrafında toplanırlar. Ağır yüklü pozitif iyonların ise katota doğru hareketleri daha yavaş olduğundan, merkezde bulunan tel çevresindeki elektrik alanın zayıflamasına sebep olurlar. Yüklerin deşarjından hemen sonra silindir ile tel arasındaki elektrik alanda bir düşme görülür. Bu anda herhangi bir iyonizasyon olayı meydana gelmiş ise, gaz amplifikasyonu önlendiği için, ikinci bir puls gözlenemez. Bu süre içerisinde tüp içerisinde meydana gelen herhangi bir radyasyon etkileşimi kaybolacaktır. Geiger-Müller sayıcısının oluşan yeni bir pulsu sayabilmesi için belirli bir süreye ihtiyacı vardır. Teknik olarak Geiger-Müller sayıcısının ölü zamanı olarak tanımlanan bu periyot aslında başlangıç pulsı ile ikinci yük desarjı gözlenmesi arasında geçen zamandır. Bir çok Geiger- Müller sayıcısı için bu zaman µsn mertebesindedir. Neredeyse bütün detektör sistemlerinde, iki ayrı olayın iki ayrı puls olarak kaydedilebilmesi için minimum bir süre gereklidir. Bu süre detektörün ölü zamanı olarak adlandırılır. 22

36 Radyoaktif bozunmanın doğası gereği, gerçek olayların kaybolabileceği daima olasıdır. Bu koşullar altında doğru ölçüm yapabilmek amacıyla bu kayıplar için bazı düzeltmeler gereklidir. Ölü zaman düzeltmesi yapabilmek için öncelikle ölü zaman τ değerinin hesaplanması gerekir. Bunun için en genel metot, iki kaynak metodudur. Bu metot, iki kaynağın ayrı ayrı ve bir arada alınan sayımlarının gözlenmesine dayanır. n; gerçek sayım oranı, m; kaydedilen sayın oranı, τ; sistemin ölü zamanı olmak üzere, gerçek etkileşme oranı ölçülen sayım oranını bir fonksiyonu olarak aşağıdaki 2.1 ifadesi ile bulunur. m n 1 m (2.1) İlk kaynaktan alınan gerçek sayım n 1, ikinci kaynaktan alınan gerçek sayım n 2, her iki kaynak birlikte iken alınan gerçek sayım n 12 ve background sayımı n b olmak üzere; n n n n n n 1 b b (2.2) 12 b 2 n n b n 12 1 n2 m m (2.3) m m m m 12 b b 1 m2 m 2 (2.4) Denklem 2.4 için m b sıfır kabul edilip bir yaklaşım yapıldığında ölü zaman ifadesi denklem 2.5 deki gibi elde edilir [1,2,3]. m m m m m m m m m1m2m12 (2.5) 1 / 2 23

37 DENEYDE KULLANILAN ALETLER: Co-60 ve Ba-133 Standart Radyoaktif Kaynaklar, Kurşun zırhlı Geiger- Müller Sayıcısı, Radyasyon Sayıcısı, Bağlantı Kablosu. Şekil 2.1 Geiger-Müller Sayıcısının Ölü Zamanının Belirlenmesi Deneyine Ait Deney Düzeneği DENEYİN YAPILIŞI: 1- Geiger-Müller sayıcısının eşik voltajı ve en uygun çalışma gerilimi belirlenerek sistem çalıştırılır. 2- Deneyde her ayrı kaynak için yapılan ölçümler bir dakika alınacak şekilde ayarlanır. 24

38 Kaynak n 1 n 2 n 3 n ort m = n ort - n BG Background Co-60 Ba-133 Co-60 + Ba Background ölçümü için kaynak olmadan bir dakika süre ile sayım alınır ve işlem üç kez tekrarlanır. Bulunan her bir ölçüm değeri ve bu ölçümlerden elde edilen ortalama değer tabloya yazılır. 4- Co-60 kaynağını Geiger-Müller sayıcısından 3 cm uzağa yerleştirilip bir dakika süre ile sayım alınır ve işlem üç kez tekrarlanır. Bulunan her bir ölçüm değeri ve bu ölçümlerden elde edilen ortalama değer tabloya yazılır. 5- Daha sonra Ba-133 Geiger-Müller sayıcısından 3 cm uzağa yerleştirilip bir dakika süre ile sayım alınır ve işlem üç kez tekrarlanır. Bulunan her bir ölçüm değeri ve bu ölçümlerden elde edilen ortalama değer tabloya yazılır. 6- Son olarak her iki kaynak bir arada sayıcıdan 3 cm uzağa yerleştirilip bir dakika süre ile sayım alınır ve işlem üç kez tekrarlanır. Bulunan her bir ölçüm değeri ve bu ölçümlerden elde edilen ortalama değer tabloya yazılır. 7- Background düzeltilmesi yapılmış m sayım değerleri kullanılarak denklem (2.5) ile verilen τ; ölü zaman hesaplanır. τ = 8- Hesaplanan ölü zaman değerleri kullanılarak, iki kaynak için denklem (2.1) ile verilen gerçek sayım oranı değerleri hesaplanır. n Co =.. n Ba =.. SORULAR: 1- Elektronların anot etrafında toplanmasının, pozitif iyonların katot etrafında toplanmasına göre daha hızlı olmasının nedeni nedir? 2- Ölü zaman nedir? 3- Deneyde kullanılan kaynakların yayınladıkları radyasyon tipleri nelerdir? 4- Background nedir? 25

39 KAYNAKLAR: 1- Glenn F. Knoll, Radiation Detection and Measurement. 2- PHYWE physics, deney kataloğu,

40 G-M DEDEKTÖRÜ İLE BETA IŞINLARI ÜZERİNE ÖLÇÜMLER Mehmet BAYBURT, Ege Üniversitesi Amaç 1. Bir G-M dedektörü ve sayıcı kullanılarak beta ve gama yaynlanan bir radyoaktif kaynaktan yayınlanan beta parçacıkların sayılması 2. Beta parçacıklarının engelleyen soğurucu malzemenin kalınlığının bulunması Giriş Beta bozunumunda çekirdek bir elektron veya bir pozitron yayınlayarak yeni bir elemente dönüşür. Elektron veya pozitrona ek olarak durgun kütlesi sıfır olan nötr bir parçacık da yayınla nır. β bozunumunun β + ve β - olmak üzere iki çeşidi vardır. Bir radyoaktif kaynaktan yayınlanan β parçacıklarının enerjileri sıfır ile maksimum değer arasında değişmekte olup sürekli bir spektrumdur. Şekil 1 de tipik bir beta spektrumu ve beta parçacıklarının bir soğurucu ortamdaki davranışları görülmektedir. Şekil 1. Tipik bir beta enerji spektrumu ve beta parçacıklarının soğurucu ortamdaki davranışları Sr 90 maksimum enerjisi 0.54 MeV olan β - yayınlar. Oluşan Y 90 ise yine maksimum enerjili 2.26 MeV maksimum enerjili β - yayınlar ve Zr 90 a dönüşür. Sr 90 radyoaktif kaynağının bozunum şeması Şekil 2 de gösterilmektedir. 27

41 Deneyin Yapılışı Şekil 2. Deney düzeneği ve Sr-90 ın beta bozunum şeması Beta Sayımı 1. G-M tüpü çalışma voltajına getirilerek art ortam sayımı alınır. 2. Dedektörün içine beta ve gama yayınlayan bir kaynak koyularak 1 er dakikalık beş sayım alınır. 3. Kaynağın önüne 1cm kalınlığında Al plaka konularak 1 er dakikalık beş sayım alınır. 4. Elde edilen veriler gerekli düzeltmeler yapılarak tabloya yazılır ve beta sayımı tamamlanır. Ölçüm No Art Ortam Kaynak Kaynak +Soğurucu

42 Soğurma eğrisi 1. Saf beta yayınlayan bir kaynak ile dedektör arasına farklı kalınlıklarda soğurucu malzeme yereleştirilerek birer dakikalık ölçümler alınır. 2. Gerekli düzeltmeler yapılarak elde edilen ölçümler aşağıdaki tabloya yazılır. 3. Yarı logaritmik kağıda ln (N) =f(d) soğurma eğrisi çizilir. 4. Çizilen grafikten yararlanarak kaynaktan yayınlanan beta radyasyonu için soğurucu malzemenin maksimum kalınlığı bulunur. No Soğurucu kalınlığı d (mg/cm 2) Sayım (N) Düzeltilmiş Sayım (N) Ortalama Ortalama Ortalama 29

43 OSİLOSKOP YARDIMIYLA G-M VE SİNTİLASYON DETEKTÖRLERİ ÜZERİNE ÖLÇÜMLER Onur KAHVECİ, Ege Üniversitesi Giriş ve Amaç Radyasyon dedektörleri nükleer radyasyonun ölçülmesinde kullanılan cihazlardır. Radyasyon dedektöre geldikten sonra çıkışında bir sinyal oluşturur. Osiloskop yardımıyla bu sinyalin özellikleri incelenebilir. Deneyde kullanılacak G-M ve sintilasyon dedektörünün gelen radyasyon ile orantılı bir sinyal oluşturma yöntemleri birbirinden faklıdır. Bu deneyde iki farklı dedektör ile dedektör sisteminin farklı noktalarından (A, B, C ve D) osiloskop çıktıları alınacak ve arasındaki farklılıklar incelenecektir. Deneyin Yapılışı 1. Dedektör sistemi ve osiloskobu içeren aşağıdaki deney düzeneği hazırlanır. Şekil 1. Deney düzeneğinin temsili resmi 2. Kullanılacak G-M ve Sintilasyon dedektörleri çalışma voltajı ayarlanır. 3. G-M dedektörü için detektör, ön yükselteç, yükselteç, SCA çıkışlarından osiloskop çıktıları aşağıdaki karelerin içine çizilir. 4. Sintilasyon dedektörü için dedektör, ön yükselteç, yükselteç, SCA çıkışlarından osiloskop çıktıları aşağıdaki karelerin içine çizilir. 5. Kaydedilen görüntüler arasındaki farklılıklar araştırılarak yorumlanır. 30

44 Sonuçlar G-M dedektörü Sintilasyon dedektörü 31

45 GEANT4 (GEometry ANd Tracking) ADNAN KILIÇ Uludağ Üniversitesi, Fizik Bölümü, GİRİŞ Geant4, parçacıkların maddeyle etkileşmelerinin benzetişimini yapan nesne-yönelimli (objectoriented) bir yazılım programıdır. İçerisinde fizikçilerin, mühendislerin ve bilgisayar bilimcilerin yer aldığı uluslararası bir topluluk tarafından geliştirilmektedir. Yüksek enerji fiziği deneyleri, nükleer fizik, astrofizik/astroparçacık fiziği, uzay bilimi ve tıbbi görüntüleme, radyasyon korunma ve eğitim gibi çok sayıda uygulama alanına sahiptir. Fortran dilindeki Geant3 Monte Carlo benzetişim programının C++ diline uyarlanmasıyla ortaya çıkmıştır. Geant4, geometri modelleme, detektör cevabı, çalışma (run) ve olay (event), takip (tracking), görüntüleme (visualization) ve kullanıcı arayüzü (user interface) gibi bir detektör benzetişiminde olması gereken tüm alanları içerir. Geant4 ün multi-disipliner olması nedeniyle, parçacıkların madde ile etkileşmesinde, geniş bir enerji aralığı üzerinden farklı modellere sahip çok sayıda fizik süreci kullanılabilir. Geant4 ü kullanabilmek için temel düzeyde C++ bilgisi gerekmektedir. KULLANICI SINIFLARI Bir deneyi yapabilmek için, bir detektöre, parçacıklara ve parçacıkların detektörle etkileşmelerini yürütecek bir fizik bilgisine ihtiyaç duyulur. Bir deneyin tüm gerçekçiliğini mümkün olduğunca benzetişime de yansıtabilmek gerekmektedir. Bunun için, bir Geant4 benzetişimi içerisinde, kullanıcı tarafından tanımlanması zorunlu olan ve tanımlanması kullanıcının isteğine bağlı olan bazı sınıflar vardır. Zorunlu Kullanıcı Sınıfları Geant4 ile bir benzetişim yapabilmek için, kullanıcının zorunlu olarak hazırlaması gereken bazı C++ sınıfları vardır. Bu sınıflar, Geant4 içerisinde var olan G4VUserDetectorConstruction, G4VUserPhysicsList ve G4VUserPrimaryGeneratorAction temel sınıflarından türetilmelidirler: G4VUserDetectorConstruction'tan türetilmiş olan DetectorConstruction sınıfı: detektörün geometrisi kullanılan malzemeler duyar bölgelerin tanımlanması duyar bölgelerin okuma şeması G4VUserPhysicsList'tan türetilmiş olan PhysicsList sınıfı: benzetişimde kullanılacak parçacıklar bu parçacıkların üretimi ve taşınımındaki eşik enerjileri benzetişime dahil edilecek fiziksel süreçler G4VUserPrimaryGeneratorAction'tan türetilmiş olan PrimaryGeneratorAction sınıfı: bu sınıf içerisinde bulunan GeneratePrimaries() metodu ile her bir olayın başlangıcında, istenilen özelliklere (enerji, konum, açı vb.) sahip birincil parçacıklar üretilir. 32

46 İsteğe Bağlı Kullanıcı Sınıfları Geant4 te oluşturulması kullanıcının isteğine bırakılan zorunlu olmayan ayrıca beş adet kullanıcı sınıfı vardır. Bu sınıflar ve sahip oldukları fonksiyonlar aşağıdaki gibi açıklanabilir: G4UserRunAction: Her bir çalışmanın (run ın) başında ve sonunda kullanıcı eylemlerinin tanımlandığı RunAction kullanıcı eylem sınıfının temel sınıfıdır ve aşağıdaki fonksiyonlara sahiptir: GenerateRun() : Fizik tablolarını etkileyebilecek değişkenlerin (parçacıkların üretim eşik enerjisi gibi) atamalarının yapılabildiği bir fonksiyondur. BeamOn dan önce çalıştırılır. BeginOfRunAction() : Olayların (Events) başlıyacağı döngüye girilmeden önce çağırılır, histogramların başlatılması ve oluşturulması bu fonksiyon içerisinde yapılır. EndOfRunAction() : Benzetişimin bitmesinin hemen sonrasında, alınan fiziksel sonuçların analizlerinin yapılabildiği bir fonksiyondur. G4UserEventAction: İsteğe bağlı EventAction kullanıcı eylem sınıfına ait temel sınıftır ve aşağıdaki fonksiyonlara sahiptir: BeginOfEventAction() : Birincil parçacıkların G4Track nesnesine dönüştürülmesinın öncesinde çağırılılan bir fonksiyondur. G4Track, bir adım (step) tamamlandıktan sonra parçacığın son durumunu içeren bir nesnedir. Belirli bir olay (event) için histogramların başlatılması, herbir olay (event) için değişken değerlerinin sıfırlanması gibi işlemlerin yapılabildiği bir fonksiyondur. EndOfEventAction() : Her bir olayın (event) sonunda çağırılır ve bu olay sonunda istenen fizik bilgilerinin hesaplanması aşamasında kullanılabilen bir fonksiyondur. G4UserStackingAction: ClassifyNewTrack() : G4EventManager tarafından yeni bir G4Track nesnesi yığına (stack a) gönderildiğinde G4StackManager tarafından çağırılan fonksiyondur. Dört tane olası değeri vardır: furgent, fwaiting, fpostpone, fkill. NewStage() : Acil yığın (urgent stack) boş olduğunda ve yığın (waiting stack) içerisinde sırada bekleyen en az bir tane G4Track nesnesi bulunduğunda çağırılan fonksiyondur. Bu fonksiyon her bir olayın (event ın) başında çağırılmaz. PrepareNewEvent() : Her bir olayın (event) başlangıcında çağırılır. Bu aşamada birincil parçacıklar track olarak atanmazlar, acil ve bekleyen yığınlar boştur. G4UserTrackingAction: İçerisinde, bir track'ın yürütülmesinin başlangıç/bitiş noktalarında kullanıcı tarafından uygulanması istenen eylemleri bulundurur ve aşağıdaki fonksiyonlara sahiptir:. PreUserTrackingAction() :Track başlangıcından önce çağırılır. Bu fonksiyon içerisinde, Track ın takibinin yapılıp yapılmayacağına karar verilir. PostUserTrackingAction() : Track takibinin bitiminden sonra çağırılır ve bu fonksiyon içerisinde takibi gerekmeyen track lar silinir. G4UserSteppingAction: İçerisinde, adımın (step) başlangıç ve bitiş noktalarında kullanıcı tarafından yapılması istenen eylemleri bulundurur. UserSteppingAction() : Etkileşmeye giren veya üretilen ikincil parçacıkların her bir adımı (step'i) için çağırılır. Main() Fonksiyonu Geant4, bir C++ dilinde olmazsa olmaz olan bir main() fonksiyonu sağlamaz. main() fonksiyonu içerisinde, G4RunManager ın (veya türetilmiş sınıfının) yapılandırılması ve zorunlu kullanıcı sınıflarının G4RunManager'a atanması gerekir. Ayrıca main() içerisinde, görüntüleme için 33

47 VisManager, kullanıcı arayüzeyi tanımlamak için G(UI) oturumu ve kullanıcı tarafından eğer seçmeli eylem sınıfları hazırlamışsa, seçmeli eylem sınıfları da tanımlanabilir. main() fonksiyonunun içeriği, benzetişimde ihtiyaç duyulan fonksiyonelliklere göre değişiklik gösterebilir. main() fonksiyonu, iki Geant4 sınıfı (G4RunManager, G4UImanager) ve Geant4 sınıflarından türetilen DetectorConstruction, PhysicsList ve PrimaryGeneratorAction sınıfları ile yürütülür. Aşağıda bir main() fonksiyonu örneği verilmektedir: //Başlık dosyalarının atanması #include "G4RunManager.hh" #include "G4UImanager.hh" #include "DetectorConstruction.hh" #include "PhysicsList.hh" #include "PrimaryGeneratorAction.hh" int main() { // varsayılan çalıştırıcı yöneticisinin yapılandırılması G4RunManager* runmanager = new G4RunManager; // zorunlu başlangıç sınıflarının atanması runmanager->setuserinitialization(new DetectorConstruction); runmanager->setuserinitialization(new PhysicsList); // kullanıcı sınıflarının atanması runmanager->setuseraction(new PrimaryGeneratorAction); // Geant4 çekirdeğinin hazırlanması runmanager->initialize(); // Kullanıcı arayüzey yöneticisine UI işaretçisinin atanması ve ekran ayrıntısı bilgisinin atanması G4UImanager* UI = G4UImanager::GetUIpointer(); UI->ApplyCommand("/run/verbose 1"); UI->ApplyCommand("/event/verbose 1"); UI->ApplyCommand("/tracking/verbose 1"); // çalıştırma int numberofevent = 5; runmanager->beamon(numberofevent); // iş bitimi delete runmanager; return 0; } Çalışma (Run) tanım olarak, aynı detektörü ve aynı fiziksel koşulları ortak olarak kullanan bir olaylar (events) topluluğudur. Gerçek bir deneyde olduğu gibi, Geant4 te bir çalışma (run) BeamOn komutuyla başlar. Benzetişim bir çalışma (run) halindeyken, kullanıcı, detektörün yapısına ve fizik süreçlerine müdahale edemez. main()'de ilk yapılması gereken şey, kullanıcının Geant4 çekirdeğindeki tek yönetici sınıfı olan G4RunManager'ın bir nesnesini (object) açıkça yapılandırmasıdır. Bu yönetici sınıf, programın akışını ve bir çalışma içerisinde var olan olayları yönetir. G4RunManager yapılandırıldıktan sonra, diğer önemli yönetici sınıflar da oluşturulur ve G4RunManager silindiğinde otomatik olarak diğer yönetici sınıflar da silinir. 34

48 Malzemelerin, geometrinin, parçacık ve fizik süreçlerinin yapılandırılması ve tesir kesiti tablolarının hesaplanması işlemlerinin, başlangıç (initialization) aşamasında yapılması zorunludur: runmanager->setuserinitialization(new DetectorConstruction); runmanager->setuserinitialization(new PhysicsList); Yukarıdaki, satırlarda detektör geometrisini ve fiziği tanımlayan sınıfların nesneleri oluşturulup bunların işaretçileri G4RunManager'a gönderilmektedir. DetectorConstruction, PhysicsList ve PrimaryGeneratorAction sınıflarının var olup olmadığı G4RunManager tarafından Initialize() ve BeamOn() fonksiyonları ile kontrol edilir. main()'de bir sonraki adım, parçacık üretecinin bir nesnesinin oluşturulması ve onun işaretçisinin RunManager'a aktarılmasıdır. Bu işlem işağıdaki gibi yapılır: runmanager->setuseraction(new PrimaryGeneratorAction); Eğer kullanıcı tarafından isteğe bağlı kullanıcı sınıfları da hazırlanmışsa, aynı zorunlu sınıflar durumunda olduğu gibi, bu sınıfların da main() fonksiyonu içerisinde G4RunManager a atamalarının yapılması gerekmektedir: runmanager->setuseraction(new RunAction); runmanager->setuseraction(new EventAction); runmanager->setuseraction(new SteppingAction); runmanager->setuseraction(new StackingAction); runmanager->setuseraction(new TrackingAction); Daha sonra runmanager->initialize(); komutu yardımıyla, daha önceden yukarıdaki gibi RunManager'a atanan bilgiler kullanılarak, Geant4 ün çekirdeği çalışmaya (run a) hazır hale getirilmesi sağlanır. Yukarıda da bahsedildiği gibi G4RunManager başlatıldığında diğer yönetici sınıflar da başlatılır ki bunlardan birisi de kullanıcı arayüzü olan G4UImanager'dır. Bunun main() fonksiyonu içerisinde tanımlanması, G4UImanager* UI = G4UImanager::GetUIpointer(); komutu ile yapılır. Kullanıcı UI işaretçisi sayesinde, istediği komutları program içerisine dahil edebilir: UI->ApplyCommand("/run/verbose 1"); UI->ApplyCommand("/event/verbose 1"); UI->ApplyCommand("/tracking/verbose 1"); Burada, belirtilen verbose düzeyleri ile izin verilen detaylılıkta, run, event ve tracking bilgilerinin ekrana yazdırılması için ApplyCommand() fonksiyonunun, main() içerisinde 3 kez çağılırılması görülmektedir. 35

49 BİRİM SİSTEMİ GEANT4 te var olan bazı birimler: g, kg, mg,... mm, cm, m, km, angstrom, fermi, cm 2, m 3, barn,... s, ms, ns... degree, radian, steradian, rad, mrad... watt, newton, joule, ev, kev, MeV, GeV... kilovolt, volt, megavolt, ohm... ampere, milliampere, microampere, nanoampere... weber, tesla, gauss, kilogauss, henry, farad... hertz, kilohertz, megahertz... percent kelvin, mole... olarak verilebilir. Birimlerin tam listesi G4SystemOfUnits.hh başlık dosyasında mevcuttur. Kullanılan değişkenlere birimlerin atanması, değişken değerinin istenen birimle çarpılması ile yapılır: G4double Size = 16*m; G4doubel KineticEnergy = 1*MeV; G4double density = 9*g/cm 3 ; Aşağıda verildiği gibi, Geant4 içerisinde bazı interaktif komutlar hazır olarak bulunur: /gun/particle e- /gun/energy 15.2 kev /gun/position meter İstenilen fiziksel büyüklüğün değerine dair bilgi almak için kod içerisinde, G4cout << KineticEnergy/MeV << " MeV"; G4cout << density/(mg/cm 3 ) << " mg/cm 3 "; benzeri ifadeler yazılabilir. UNİX ÜZERİNE Geant4 KURULUMU (CMake ile) sayfasında hemen sağ üst köşede istenilen Geant4 versiyonu için download sayfasına geçişi sağlayan link'ler yer almaktadır. Örneğin kurulum için Geant versiyonu seçilmiş olunsun. Açılan sayfadan ( ), geant tar.gz source dosyası, bilgisayarda istenilen konuma indirilir. Sonrasında, > tar zxvf geant tar.gz komutu ile tar gunzip formatındaki dosya açılır ve geant isimli source dosyası oluşur. > mkdir geant build > mkdir geant install komutları ile build ve install klasörleri oluşturulur. Daha sonra bulunulan konumda > ls komutu yazılırsa, biri source olmak üzere 3 adet klasör listelenir: 36

50 geant geant build geant install Sonrasında build klasörüne gidilir: > cd geant build ve burada istenen cmake option ları girilerek aşağıdaki gibi konfigurasyon işlemi yapılır: > cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/path/to/geant install../geant Yukarıdaki cmake opsiyonlarında Geant4, kendi içerisinde tanımlanmış olan varsayılan CLHEP programını kullanır. CLHEP (A Class Library for High Energy Physics) parçacık fiziği topluluğu tarafından sağlanmış olan bir kütüphane takımıdır. Matris işlemleri, dörtlü-vektör araçları ve parçacık özelliklerinin bir listesini içerir. Eğer Geant4 ile birlikte harici bir CLHEP verisyonu kullanılmak istenirse; CLHEP source dosyası web sayfasından indirilebilir. CLHEP'in kurulumu için : sayfasına başvurulabilinir. Kurulacak olan Geant4 versiyonuna uygun olan CLHEP versiyonunun kullanılması önemlidir. Farklı bir versiyon kullanılması halinde, program çalışacaktır ancak yanlış sonuçlar alınabilmesi muhtemel olacaktır. Harici bir CLHEP kurulumu yapılması durumunda cmake opsiyonlarına ilave olarak: -DGEANT4_USE_SYSTEM_CLHEP=ON ve -DCLHEP_ROOT_DIR değişkenlerinin kurulması gerekir. -DCLHEP_ROOT_DIR değişkeni CLHEP in kurulumunun yapıldığı dosyanın yolunu tarif etmelidir. Yukarıdaki cmake opsiyonlarına -DGEANT4_INSTALL_DATA=ON komutu eklenirse, benzetişimlerde Geant4 tarafından kullanılcak olan fizik dosyaları otomatik olarak kurulacaktır. Çalışılan uygulamanın fizik bilgisi ihtiyacına bağlı olarak ilave fizik data dosyaları gerekebilir. Bu durumda, fizik data dosyaları ayrıca, Geant4 source dağılımı sayfasından ayrı ayrı indirilebilir ve Geant4'ün kurulumunda bu data dosyalarının kullanımı sağlanabilir. Diğer cmake konfigurasyon opsiyonları için: 2s03.html adresine bakılabilir. cmake ile konfigurasyon tamamlandıktan sonra, > make ve sonrasında CMAKE_INSTALL_PREFIX argümanıyla bilgisayar içerisinde daha önceden belirtilmiş olan konuma Geant4 ü kurmak için > make install komutu yazılır. 37

51 Tüm işlemler sonrasında geant build klasörü içerisinde geant4make.sh isimli bir source dosya oluşacaktır. Daha sonra bu dosya source edilerek, Geant4 ün çalışması için gerekli olan tüm bilgilerin çalışma çevrenize tanıtılması sağlanır: source geant4make.sh veya./geant4make.sh Ardından kurulumdan gelen istenilen Geant4 örneği veya kullanıcı tarafından oluşturulmuş bir Geant4 uygulaması çalıştırılabilir. Detaylı bilgi için 3s02.html sayfası ziyaret edilebilinir. Unix üzerine kurulum için ayrıca, 2.html#sect.UnixBuildAndInstall sayfası ziyaret edilebilir. Geant4'ün farklı işletim sistemleri üzerine kurulumu ile ilgili detaylı bilgilere ise adresinden ulaşılabilinir. 38

52 FOTO-ÇOĞALTICI TÜPÜN KAZANÇ VE KARANLIK AKIMININ ÖLÇÜLMESİ SAMET LEZKİ ve İSA DUMANOĞLU Çukurova Üniversitesi, Fizik Bölümü, BAYRAM TALİ Adıyaman Üniversitesi, Fizik Bölümü, Foto Çoğaltıcı Tüp Foto-çoğaltıcı tüpler, fotonları ölçülebilir bir elektrik akımına dönüştüren aygıtlardır. Duyarlılıkları çok yüksektir ve yüksek enerji fiziğinde daha çok sintilatörlerle birlikte kullanılırlar. Oldukça çeşitli kullanımları vardır. Temel Yapısı ve Çalışması Prensibi Foto-çoğaltıcılar, foto duyarlılığı yüksek materyalden yapılmış bir katot, elektron toplayıcı sistem, elektron çoğaltıcı kısım (dinotlar) ve sonunda da sinyalin alındığı bir anottan meydana gelmektedir. Bütün parçalar vakumlanmış bir cam tüpe yerleştirilmiştir. Şekil 1 de bir fotoçoğaltıcı tüpün yapısı gösterilmektedir. Şekil 1 Fotoçoğaltıcı tüpün yapısı. 39

53 Şekil 2 Çeşitli tür ve boyutlardaki foto-çoğaltıcı tüpler. Fototüp çalıştığı zaman katot, dinot ve anoda yüksek voltaj uygulanır. Gelen bir foton fotokatot ile etkileştiğinde, fotoelektrik olay gerçekleşir ve bir elektron yayımlanır. Uygulanan yüksek voltajdan dolayı, elektron ilk dinota doğru hızlanmaya başlar. Bu elektron, ilk dinota çarptığında enerjisinin bir kısmını dinottaki elektronlara aktararak ikincil elektronların yayımlanmasını sağlar. Bu elektronlar da hızlanarak bir sonraki dinota yönelir ve bu dinota çarparak başka elektronların yayımlanmasını sağlarlar. Bu olay, bu şekilde devam ederek, son dinottan yayımlananlarla birlikte bir elektron demeti anota düşer ve ölçülebilir bir akım olarak anottan toplanırlar. Foto-çoğaltıcılar sürekli veya puls modunda çalıştırılabilirler. Eğer katot ve dinot sistemini doğrusal bir sistem olarak kabul edersek, foto-çoğaltıcının çıkışında oluşan akım doğrudan gelen fotonların sayısıyla orantılı olacaktır. Foto-çoğaltıcılar sintilatörle birlikte kullanılarak sintilatörden geçen parçacıkları varlamak ve de enerjisi ile ilgili bilgi elde etmek için kullanılabilirler. Foto-katot Gelen fotonlar foto-katoda çarparak fotoelektrik olay sonucu elektron akımı oluştururlar. Bu fotonların geçişini kolaylaştırmak için foto-çoğaltıcının camının içine ince bir katman halinde foto duyarlılığı yüksek bir materyal konulur. Bu materyal genellikle kuartz ya da camdan 40

54 yapılır. Foto-elektrik olayı açıklayan Einstein ın meşhur denklemi şeklindedir. Burada E, yayımlanan elektronun kinetik enerjisi, ; gelen fotonun frekansı, ise iş fonksiyonudur. Foto-çoğaltıcılarda kullanılan iki tür foto-katot vardır: Dinot Yarı-saydam katot: Oldukça çok kullanılan yarı saydam katotlar giriş penceresinin içerisine yerleştirilir. Gelen fotonların karşısında bulunan yarı-saydam foto-katottan elektronlar yayımlanır. Katot 10 ile 100 mm çaplı, düz veya bombeli cam üzerine yerleştirilir. Saydam olmayan katot: Metal bir elektrot olarak foto-çoğaltıcı tüp içerisine yerleştirilir ve elektronlar aydınlatılmış yerlerden yayımlanır. Toplama elektrotlarının büyüklüğünden dolayı bu alan birkaç cm 2 ile sınırlıdır. Bir foto-çoğaltıcı tüpün elektrot yapısı ve potansiyel dağılımı en ideal performansı sağlayacak şekilde ayarlanır. Dinotlar için ikincil yayınım materyalleri olarak Antimonide, berilyum oksit (Be-O), magnezyum-oksit (Mg-O), galyum-fosfat (Ga-P), galyum-arsenik fosfat kullanılır. Bu materyaller bakır, berilyum ya da paslanmaz çelik, nikel den yapılan bir alt katmanın üstünü kaplamak için kullanılır. Dinot Şekilleri: Dairesel-Kafes Tipi: Bu tip dinotlar kompakt olmasından dolayı çok avantajlıdırlar. Diğer bir özellikleri de zaman tepkilerinin hızlı olmasıdır. Şekil 3 Dairesel-kafes tipi dinotdun yapısı. Doğrusal-Odaklayıcı Tip: Bu tip de, en yaygın kullanılan dinotlar arasındadır. En önemli özelliği hızlı zaman tepkisi, zaman çözünürlüğünün iyi olması ve mükemmel atım doğrusallığıdır. 41

55 Şekil 4 Doğrusal-odaklayıcı dinotun yapısı. Kutu-Izgara Tipi: Foto-elektron toplama ve algılama verimliliği oldukça yüksektir. Şekil 5 Kutu-ızgara tipi dinotun yapısı. Elektron Çoğaltıcılar Elektron çoğaltıcıları oluşturan dinotlar, dinotlardan yayımlanan elektronların bir sonraki dinota birkaç 100 ev enerji ile çarpmasını sağlayacak şekilde ayarlanır. İkincil yayınımın sonucu olarak bir dinottan diğer dinota giden elektronların sayısı, istenilen yükseltme faktörünü verecek şekilde artar. Elektron yörüngelerinin aşırı eğrilmesinden dolayı diğer dinotlara nazaran genellikle ilk iki ya da üç dinot arasına daha yüksek voltaj uygulanır. Anot Foto-çoğaltıcının çıkışında bulunan elektrotların şekli foto-çoğaltıcının tekrarlanan kısımlarından farklı olur. Şekil şu durumlar dikkate alınarak ayarlanır: Son dinottan yayımlanan bütün elektronların toplanması, Anot empedansının çıkış bağlantısının karakteristik empedansıyla uyumlu olması. Şekil 6 da genel amaçlı bir foto-çoğaltıcı için toplama bölgeleri gösterilmektedir. Son dinota yakın olan dinotlardan yayımlanan elektronlar eklenmeden, sadece son dinottan yayımlanan ikincil elektronları toplamak için anot, son dinota çok yakın olarak ızgara şeklinde yerleştirilir. Bu düzenleme son dinot ve anot arasında yüksek bir elektrik alan oluşturur ve 42

56 diğer yüklerin etkisini azaltılır. Ayrıca son dinot, anot çevresinde bir nevi elektrostatik ekran formundadır. Şekil 6 Bir fotoçoğaltıcı tüpte elektron toplama bölgesinin yapısı. Kazanç Bir foto-çoğaltıcının kazancı, elektron çoğaltıcı bölümdeki dinotların sayısına ya da ikincil yayınım faktörü, (gelen ilk elektronun enerjisinin fonksiyonudur) ya bağlıdır. Her bir dinot için ikincil yayınım faktörü: olur, burada bir orantı sabiti ve ise dinotlar arasındaki potansiyel farkıdır. Tüm dinotlar arasına eşit voltaj uygulandığını varsayarak, foto-çoğaltıcı için kazancın, olduğunu söylenebilir. Foto-çoğaltıcıya bir minimum voltaj,, uygulayarak, belli bir kazanç için gerekli olan dinot sayısı, n, hesaplanır. Bu sayede aşağıdaki ifade elde edilir. Bu ifadeyi minimum yapan n değerini bulmak için, n ye göre türevini alıp sıfıra eşitlersek; bulunur. 43

57 Dikkat edilmesi gereken önemli bir bağıntı da uygulanan voltaja göre kazançtaki değişimdir. Bu ifadenin anlamı, n=10 olan bir foto-çoğaltıcı için %10 luk bir değişime neden olacaktır demektir. deki %1 lik bir değişim, kazançta Karanlık Akım Bir foto-çoğaltıcı üzerine ışık düşmediğinde anottan bir akım akar. Bu akım karanlık akım olarak adlandırılır. Bu akımın çeşitli kaynakları vardır. Bunlara kısaca değinelim. Katot ve dinotlardaki termo-iyonik yayınım, Sızıntı akımlar, Radyoaktif kirlilik, İyonizasyon olayı, Işık olayı. En temel bileşen ısısal gürültüdür. Bu dağılım Richardson denklemi ile tanımlanır. Burada iş fonksiyonu, T sıcaklık, k Boltzmann sabiti ve A ise bir sabittir. Sızıntı akımları elektrotlardan kaynaklanır ve taban pinlerinin karanlık akıma katkısı oldukça yüksektir. Radyoaktif maddeler dinotlardan yada foto-katottan elektron yayınımına sebep olabilirler. Radyasyon ya kendiliğinden floresans olayına sebep olur ya da doğrudan elektrotlara çarpar. Her iki durumda da, küçük bir akım ortaya çıkar. Foto-çoğaltıcı içinde kalan artık gazlar da ölçülebilir bir akıma neden olabilir. Bu gaz atomları elektronlar tarafından iyonize edilir ve zıt yüklerinden dolayı bunlar katota veya dinotlara doğru hızlanarak bir akım oluştururlar. Genelde karanlık akım çok küçük olmalıdır ve çoğu foto-çoğaltıcıda birkaç nanoamperi geçmemelidir. 44

58 Bu deneyde kullanılan foto-çoğaltıcı tüp Hamatsu firmasının ürettiği R7378A (modeli) tüpüdür. Bu tüpün bir resmi Şekil 7 de görülmektedir. Özellikleri de Tablo 1 de verilmektedir. Şekil 7 Hamamatsu R7378A foto-çoğaltıcı tüpün bir resmi. 45

59 Tablo 1 R7378A fotoçoğaltıcı tüpün özellikleri. Deney için kullanılacak aletler: Piko-Ampermetre: Foto-çoğaltıcıya uygulanan her voltajdaki anot ve katot akımlarını okumak için kullanılır. Şekil 8 Deneyde kullanılacak olan ampermetrenin özellikleri. 46

60 Güç Kaynağı: Dinotlar arasına voltaj sağlamak amacıyla kullanılan güç kaynağı ve ışık kaynağına destek sağlayan DC güç kaynağıdır. Şekil 9 Deneyde kullanılacak olan DC güç kaynağının özellikleri. Filtreler: Farklı yoğunluk derecelerine sahip filtreler ışığın şiddetini azaltmak için kullanılır. Şekil 10 Deneyde kullanılan nötral-yoğunluklu filtreler. ADC: Sinyali dijitalden-analoğa çevirmek için analog-dijital çevirici kullanılır. 47

61 Şekil 11 Deneyde kullanılacak olan analog-dijital çeviricinin özellikleri. Deneyin Yapılışı Fotoçoğaltıcı bir gerilim bölücü ile beslenir. Gerilim bölücü çoğunluğu direçlerden oluşan bir devredir.buna taban da diyoruz. Bu deney sırasında hem anot hem de katot akımı ölçüleceği için iki farklı taban kullanılır. İkisi arasındaki temel fark ise anot tabanında, katot ile anot arasına tüm dinotları kapsayan bir potansiyel fark uygulanırken, katot tabanında sadece katot ile ilk dinot arasına gerilim uygulanmasıdır. Katot tabanında diğer dinotlar ve anot kısa devre olmuştur. 48

62 Şekil 12 Deneyde kullanılacak olan anot tabanı (sol) ve katot tabanı(sağ). Karanlık Akım Testi Hiçbir ışık olmamasına rağmen foto-çoğaltıcıda karanlık akım denilen küçük bir akım hala akmaya devam eder. Foto-katot ve dinotlardaki termo-iyonik yayınım, sızıntı akımları, alan yayınımı gibi çeşitli süreçlerin sonucu olarak ortaya çıkar. Genelde çoğu foto-çoğaltıcı bu etkiyi minimum yapacak şekilde tasarlanır ve üretilir. Deney Sırasında İzlenmesi Gerekli Adımlar: Bir sorunla karşılaştığınızda müdahale etmeden önce lütfen asistanınıza danışınız! 1-) Öncelikle yüksek gerilim kaynağının kapalı olduğundan emin olunuz. 2-) Anot tabanı, fotoçoğaltıcı tüpü yerleştiriniz. Işık sızmalarını önlemek için kutuyu siyah örtü ile kapatınız. 3-) Işık kaynağının kapalı olduğundan emin olunuz. 4-) Yüksek voltaj kaynağını açınız. Voltajı 500 V a ayarlayınız. Fototüpün kararlı hale gelmesi için bir dakika kadar bekleyiniz. 4-) Yüksek gerilimi 500 V tan 1100 V a kadar, 50 şer volt adımlarla arttırınız. Her arttırma sonrasında 5-10s bekledikten sonra anot akımını ölçüp aşağıda verilen tabloya kaydediniz. 5-) Anot akımı ölçümü tamamlandıktan sonra yüksek gerilimi 50V a ayarlayıp güç kaynağını kapatınız. 6-) Ölçtüğünüz akımları uyguladığınız voltajın fonksiyonu olarak çizdiriniz. Bulduğunuz sonuç teorik kısımda öğrendiklerinizle uyumnu yorumlayınız. 49

63 Uygulanan Voltaj Karanlık Akım Kazanç Testi Bir foto-çoğaltıcının kazancı, anot akımının katot akımına bölünmesiyle elde edilir ( G=I a /I k ). Dolayısı ile anot ve katot akımının ayrı ayrı ölçülmesi gerekir. Bunun için iki farklı fotoçoğaltıcı tabanı kullanılması gerekir. Bunlar anot ve katot tabanıdır. Şekil 13 de fotoçoğaltıcının kazancını ölçmek için kullanılan test düzeneği verilmiştir. Şekil 13 Deney düzeneği. Bu düzenek dışarıdan ışık almaması için genellikle bir kutu içine yerleştirilir. Kutu içinde meydana gelebilecek istenmeyen yansımaları önlemek için kutunun iç yüzeyi siyah bir 50

64 materyal ile kaplanır. Lambanın önüne ışık şiddetini azaltmak için filtreler yerleştirilir. Biri yeşil ışık filtresi, diğeri ise yeşil ışık dalga boyları arasında ortalama 3 optiksel yoğunluğa sahip soğurucu filtredir. Foto-çoğaltıcıdaki anot akımının 0,1 ma i geçmesi foto-çoğaltıcının yanmasına neden olabilir. Dolayısı ile ışık şiddetinin ve filtrelerin çok iyi ayarlanması gerekir. Deney Sırasında İzlenmesi Gerekli Adımlar: Bir sorunla karşılaştığınızda müdahale etmeden önce lütfen asistanınıza danışınız! 1-) Öncelikle yüksek gerilim kaynağının kapalı olduğundan emin olunuz. 2-) Anot tabanı, fotoçoğaltıcı tüpü ve eğer yerleştirilmemişse yeşil ve nötral yoğunluklu filtreleri yerleştiriniz. Işık sızmalarını önlemek için kutuyu siyah örtü ile kapatınız. 3-) Yüksek voltaj kaynağını açınız. Voltajı 500 V a ayarlayınız. Fototüpün kararlı hale gelmesi için bir dakika kadar bekleyiniz. 4-) Yüksek gerilimi 500 V tan 1100 V a kadar, 50 şer volt adımlarla arttırınız. Her arttırma sonrasında 5-10s bekledikten sonra anot akımını ölçüp aşağıda verilen tabloya kaydediniz. 5-) Anot akımı ölçümü tamamlandıktan sonra yüksek gerilimi 50V a ayarlayıp güç kaynağını kapatınız. 6-) Anot tabanı katot tabanıyla değiştiriniz. 7-) Lambanın önündeki nötral yoğunluklu filtreyi kaldırılırınız. Yeşil filtreye dokunmayınız. 8-) Yüksek gerilim kaynağını açınız. Voltajı 58 V dan 127,6 V a kadar 5,8 V aralıklarla artırarak her adımda katot akımını ölçüp kaydediniz. 9-) Anot akımını katot akımına bölünüz. Anot akımını ölçerken filtre kullanıp ışık şiddetini nötral-yoğunluklu filtrenin yoğunluğu oranında azalttığınız için bunu düzeltmek için bulduğunuz oranı 1000 ile çarpınız. Ortalama optiksel yoğunluğu 3 olan bir filtre kullandığımızdan dolayı 1000 (10 3 ) ile çarpılır. 10-) Bulduğunuz oranı uyguladığınız voltajın fonksiyonu olarak çizdiriniz. Bulduğunuz sonuç teorik kısımda öğrendiklerinizle uyumunu yorumlayınız. 51

65 Uygulanan Voltaj Anot Akımı Uygulanan Voltaj 58 63,8 69,6 75,4 81, ,8 98,6 104,4 110, ,8 127,6 Katot Akımı Kaynaklar AKGUN,U., Timing, Gain, and Dark Current Measurements of PMTs from Three Different Manufacturers for HF Calorimeter, CMS Internal Note: IN2002/032. AKGUN. U., Single and Double Pulse Linearity Studies Performed on Candidate PMTs for HF Calorimeter, CMS Internal Note: IN 2002/030. DEMİR, Z., CMS deki CASTOR Kalorimetresinde Kullanılan Fotoçoğaltıcı Tüplerin Kalite Kontrol Testlerinin Yapılması ve Sonuçların İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Fizik Bölümü, Adana, 74s. ELECTRON TUBES, Photomultipliers, U.K. EMI, Photomultiplier Catalog, England. HAMAMATSU PHOTONICS, Photomultiplier Tubes Basics and Application Third Edition, Japan. HAMAMATSU PHOTONICS K.K., Photomultiplier Tubes, Basics and Applications. Editorial Committee, Japan. HAMAMATSU PHOTONICS K.K., Photomultiplier Tubes and Assemblies For Scintillation Counter and High Energy Physics, Japan. LEO, W.R., 1993.Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, New York. PHILIPS PHOTONICS, Photomultiplier Tubes, Principles and Applications, France. 52

66 OZTURK, S., CMS-CASTOR ALT Detektörünün Fototüplerinin Kalite Kontrol Testleri. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Fizik Bölümü, Adana, 71s. TALI, B., Test Results Of The Hamamatsu R7378A Phototubes, Analysis Of The Test Beam 08 And Preliminary After-Installation Data Of The CMSCASTOR Calorimeter, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Fizik Bölümü, Adana, 126s. 53

67 MCA İLE COMPTON ETKİLEŞİMİ Bayram DEMİR ve Özgür AYTAN, İstanbul Üniversites AMAÇ: Compton dalgaboyunun bulunması. TEORİK BİLGİ: Fotonun madde ile etkileşmesinde en iyi anlaşılan mekanizmalardan birisi Compton saçılmasıdır. Bu olay fotonun serbest bir elektronda esnek saçılmasıdır. Tabiki elektronlar madde içinde bağlı durumdadır. Fakat, eğer fotonun enerjisi elektronun bağlanma enerjisinden yüksek ise, bağlanma enerjisi göz ardı edilip elektronun serbest olduğu düşünülür. Gelen foton atomik bağlanma enerjisinin önemli olduğu enerjiye (100 kev altı) sahipse bu olay gerçekleşemez. Şekil 1: Compton Şaçılması hv Serbest bir elektron üzerine hv enerjili, momentumlu foton düştüğünde, foton açısı c altında daha düşük frekanta saçılmakta ve p momentumuna sahip elektron φ açısında ortamdan yayınlanmaktadır (Şekil 1). Fotonun saçılma açısı fotondan elektrona aktarılan enerji miktarına bağlıdır.compton olayına enerji ve momentum korunumu kanunlarını 54

68 uygulayarak Compton dalgaboyuna ulaşılmaktadır. Compton saçılması tesir kesiti yaklaşık Z olarak ile verilmektedir. Foton enerjisinin 0.1 ile 10 MeV olduğu aralıkta ortamda hv enerji depolanmasında Compton saçılması baskın olmaktadır. Dalga sayısı (k) ile fotonun momentumu p hf p k c Elektron başlangıçta durgunsa, momentumun tamamı fotondan gelir ve reaksiyon boyunca sabit kalır. Başlangıç momentumu reaksiyondan sonra fotonun momentumu şekline dönüşür. Foton başlangıç yönünde, φ açısı ile birlikte hareket eder ve değişken bir frekansa (f ) sahiptir. Saçılmadan sonra elektronun momentumu hızın fonksiyonu olan kütle(m m e ) ile P=mV şeklindedir. Her iki vektör toplamının başlangıç momentumuna eşittir ve böylece vektörlerin karesi için de geçerlidir h '2 2 ' m v 2 f f 2 f. f.cos c Enerji de reaksiyon boyunca sabir kalmalıdır ve denklemde elektronun durgun kütle enerjisini basitçe yazarsak(sıfır enerji noktası keyfidir) Elektron hızı için rölativiteye bağlılığı hf m c hf mc e 2 ' 2 m m (1/ ( v / c) ) e m v c m c m c e m c m c h ( f f 2 f. f.cos ) '2 2 ' e m c m c h ( f f ) 2m mc 2m c ' e e c h ff (1 cos ) m ( m m ) c m c. E 2 ' 4 2 e e e kin, el h ff (1 cos ) m c h( f f ) 2 ' 2 ' e f c, f ' c ve ' ' c f ff ' ( f ) ' h (1 cos ) mc e 55

69 DENEYDE KULLANILAN ALETLER: Radyoaktif kaynak Cs-137, 18.5 MBq Bölmeli, silindir gamma dedektörü Demir çubuk, d = 25 mm, l = 200 mm Kurşun blok, 200 x 100 x 50 mm Delikli kurşun tuğla Sabitleyici magnet üzerinde kaynak tutucu Gamma dedektörü Ölçüm üniteli gamma dedektörü Yüksek voltaj kablosu Çok kanallı çözümleyici (MCA) MCA Yazılımı Blendajlı kablo, BNC, l = 750 mm RS232 veri kablosu Bilgisayar, Windows 95 veya daha üstü DENEYİN YAPILIŞI: Şekil 2 de gösterildiği gibi ekipmanları kurunuz. Yüksek voltaj kablosunun doğru bir şekilde bağlı olduğunu kontrol ediniz. Voltmetrenin çalışma birimini 2.00 a ayarlayınız. Bilgisayarın USB portuna çok kanallı çözümleyici (MCA)yi bağlayınız ve measure programını başlatınız. Ölçümü Multi Channel Analyzer(MCA) i başlatınız. 1- Şekil 3 de gösterilen Spectra recording i seçiniz ve Şekil 4 de gösterilen Gain i Level 1 e ayarlayınız, Offset i 0 a ayarlayınız, x-data yı Channel number seçiniz ve Accept data tuşuna basarak veri kaydını başlatınız. Dedektöre yakın γ-dedektörü için bölmeli silidirin içine Cs-137 kaynağını koyunuz. Voltmetredeki voltaj attırılırsa 662 kev deki pikin kanal numarası yaklaşık 3500 civarında olur. 56

70 Şekil 2: Deneysel kurulum Yüksek voltaj ayarından emin değilseniz, pik enerjisi 662 kev e gelene kadar, düşük voltaj ile başlatın ve voltajı azar azar arttırın. Bundan sonra ölçümden çıkın ve yüksek voltaj ayarını değiştirmeden bırakın. 57

71 Şekil 3: MCA nın başlatma ekranı. MCA ölçümünü tekrar başlatın ve Setting and calibration ı seçin. Şekil 5 te gösterilen pencere açılacaktır. Pencere açıldıktan sonra Calibration tuşuna basınız. Şekil 5 te görüldüğü gibi modu 2-point calibration yapınız ve Apply tuşunu basınız. Şekil 4: Spektrum kayıt penceresi gain level 1 ile Cs-137 nin spektrumu. Şekil 7 de gösterildiği gibi kalibrasyonu kaydediniz. Silindirik dedektörün bölmesinden 34 kbq kaynağı çıkartınız. Dedektörü ele alırken dikkatli olunuz. Sintilasyon kristali kolaylıkla kırılabilir ve çatlayabilir. Bu durumda enerji çözünürlüğü ve hassaslığı azalacaktır. Şekil 5: Kalibrasyon penceresi. 58

72 Şekil 6: Cs-137 ile modun 2-point calibration seçilmesi. Şekil 7: Kalibrasyonun kaydedilmesi. 2- Şimdi Spectra recording e dönün ve x-data yı Energy yapın. Delikli kurşun tuğla içine 18.5 MBq lik kaynağı koyunuz. Genellikle çelik çubuktan saçılan fotonları kaydeden kurulumu ayarlayınız. 662 kev lik hattın iyi zırhlanmış olması gerekmektedir. Çelik çubuğun varlığının açıkça impuls oranını arttırdığı bilinmektedir. Eğer çelik çubuğu daha uzaklaştırırsak, bu oran açık bir şekilde azalacaktır. Spektrum istenilen Compton saçılma açısını belirgin şekilde gösterecektir. Her açı bir açı (30 0, 60 0, 90 0, ) için bir spektrum kaydedilir. Bu işlem sonrasında Accept data tuşu ile spektrumu kaydediniz. Orta veya yüksek açılarla spektrumu başlatınız. 3- Spektrumları kaydediniz. Compton saçılma pikinin maksimum değerini bulmak için farklı yollar var olabilir: Survey aracı ile pik konumunu hesaplayabilirsiniz ve spektrumdaki istatiksel gürültüyü azaltmak için Analysis > Smooth u kullanabilirsiniz. Ayrıca Mark aracı ile spektrumun istenilen bölgesini çarpı ile 59

73 işaretleyebilirsiniz ve sonra veri konumu ile listelenen normal dağılımı fit etmek için Şekil 8 de gösterilen Analysis > Function fitting ı kullanmalısınız ve sonra fit etme pikinin konumunu bulmak için Analysis > Show extrema yı kullanmalısınız. Açı Pikin Maximum Değeri Compton saçılmasının pik enerjisine karşı saçılma açısını çiziniz. Dalgaboyu değişimi ve saçılma açısı üzerindeki enerjiye karşılık gelen λ dalgaboyunu da çiziniz. Şekil 8: Function Fiting SORULAR: 1- Compton saçılmasında Compton dalgaboyunu çıkarınız. 2- Çizdiğiniz grafikler hakkında fiziksel yorum yapınız. KAYNAKLAR: 1- Latife Şahin, Nükleer Fizik ders notları, PHYWE physics, deney kataloğu, 60

74 61

75 UPHDYO X KATILIMCI VE LİSTESİ AD SOYAD ADRESİ 1. Adnan KILIÇ [email protected] 2. Ahmet Gürol KALAYCI [email protected] 3. Akbar ABBASİ [email protected] 4. Ali GÜLTEKİN [email protected] 5. Ali Eren ŞİMŞEK [email protected] 6. Alis HAMPARSUNOĞLU [email protected] 7. Altay Serhat İNAN [email protected] 8. Amaç ASLAN [email protected] 9. Asuman KOLBAŞI [email protected] 10. Ayşe AKTAŞ [email protected] 11. Ayşe Gül ÇETİNKAYA [email protected] 12. Ayşegül ERTOPRAK [email protected] 13. Aysun AYDIN [email protected] 14. Aziz KURT [email protected] 15. Baki AKKUŞ [email protected] 16. Bayram TALİ [email protected] 17. Bayram DEMİR [email protected] 18. BERNA GÜNDOĞDU [email protected] 19. Betül KÖKSAL [email protected] 20. Bilal IŞIK [email protected] 21. Bilgehan BAYRAK [email protected] 22. BURAK TOSUN [email protected] 23. BURAK TAYSİ [email protected] 24. Burcu TÜRKKAN [email protected] 25. Büşra DAŞTAN [email protected] 26. Cansu TOKER [email protected] 27. Ceren ÖZER [email protected] 28. Cüneyt ÇELİKTAŞ [email protected] 29. Didar Zişan KAYA [email protected] 30. Dilar YILMAZ [email protected] 31. Doğukan BİNGÖL [email protected] 32. Doruk AĞYEL [email protected] 33. DURMUŞ YILMAZ [email protected] 34. Duygu ŞEN [email protected] 35. Duygu ATASOY [email protected] 36. E. Şahin AYDOĞDU [email protected] 37. E.Tuğçe BAYSOY [email protected] 38. Ebru KIVRAK [email protected] 39. Ece AGİÇ [email protected] 62

76 AD SOYAD ADRESİ 40. ECEM ÇEVİK 41. Efe NİĞDELİOĞLU 42. Elham SOLEİMANZADEH 43. ELİF ERGON 44. Emre KAZANCI 45. Emre COŞGUN 46. Engin BOZKURT 47. Ercan PİLİÇER 48. Ergun GÜLTEKİN 49. Esma Hilal AYGÜN 50. Esra KAYA 51. F. Kamer KARAKUS 52. F.Çağla ÖZTÜRK 53. Faruk ARSLAN 54. Fatih Burak Çam 55. Fatih Selim AŞIK 56. Fatma KOÇAK 57. Fatma Çağla ÖZTÜRK 58. FUNDA KATIK 59. FURKAN OK 60. Gamze ACAR 61. Gökçe ARAT 62. Gökçe ERDOĞAN 63. GÖKÇEN ASLAN 64. Gökhan TAKAN 65. Gökhan KARAHAN 66. Gül TAŞKIN 67. Güler Ağgez 68. GÜLHAN ÇAVDAR 69. Gülşah KAYA 70. GÜLÜZ KAYA 71. Hale Melis SOYLU 72. Halil ibrahim TURAN 73. Hande ÖZÇELİK 74. Hasan OGUL 75. Hatice AKAR 76. Hatice DOĞAN 77. HATİCE YILMAZ ALAN 78. Hazal KAYIKET 79. İdil ULUSOY 80. İlhan GÜNEŞEBAKAN 81. İlkay TÜRK ÇAKIR 63

77 AD SOYAD ADRESİ 82. İREM ARSLAN 83. İsa DUMANOĞLU 84. Kerem GERGİN 85. Kerim Gökhan YÜKSEL 86. Leyla POYRAZ 87. Lokman EKİNCİ 88. M. Şehin ÖZBALAK 89. MARIA NAZ 90. Maurizo IORI 91. Mehmet TAMER 92. Mehmet BAYBURT 93. MEHMET KAMİL KÖSE 94. Mehmet Şirin AKBAŞ 95. Melisa AYKUL 96. Mert ÜLKER 97. Mert OSMANLILAR 98. Merve YİĞİTOĞLU 99. Merve GÜREL 100. Merve DOĞAN 101. Merve ÇOTUK 102. Merve Sert 103. Mihriban KURTOĞLU 104. MUAZZEZ KÜL muazzez 105. Muhammed TAŞ 106. MUHAMMET ÖZTÜRK 107. Murat DOĞU 108. Mürtaza GÜLER 109. Mustafa mert İNEL 110. Nagihan TANDOGAN 111. Namık ÖZDEMİR 112. Natali DANACIYAN 113. NİDA SABANCI 114. Nurgül Hafızoğlu 115. Ömer Yavaş 116. Ömer GÜLERYÜZ 117. Ömer YAVAŞ 118. Ömer Faruk ÖZLER 119. Onur KAHVECİ 120. Onur Alp ERSÖZ 121. Orhan ÇAKIR 122. Osman zınar GÜREŞ 123. ÖZCAN GÜRSOY 64

78 AD SOYAD ADRESİ 124. Özer ÖZDAL 125. ÖZGE ER 126. Özge KOZGUŞ GÜLDÜ 127. Özgür AYTAN 128. Özkan ŞAHİN 129. Özlem ÇÖLEMEN 130. Özlem KARSLI 131. Öznur YAPRAK 132. PELİN YONAR 133. Pınar ACAR 134. Poyraz ASLAN 135. R.Burcu ÇAKIRLI 136. Rukiye YEGİN 137. Safiye SARIDAŞ 138. Sedef KARSLI 139. Selen ENER 140. Selen TUTKUN 141. Sema Bilge OCAK 142. Semra GONCA 143. Sena PERDAHLI 144. Seray KEKEÇ 145. SEVAL TARLABÖLEN 146. Sevda USTA 147. Şeyda DEMİROK 148. Şeyma ÇELİK 149. Sibel TANRIKULU 150. Simge KONANÇ 151. Sinem AKKABAK 152. Sinem CEYLAN 153. Songül ÇİFÇİ 154. Tayfun IŞIK 155. Tolga ÖNEN 156. Tuğba YAŞAR 157. Tuğba ÖRSEL 158. Turgay TURGAY 159. Uğur YAHŞİ 160. Ümit SÖZBİLİR 161. Ümran BERK 162. Umut efe DOKURLAR 163. Volkan TEKİN 164. Yasemin TANDOGAN 165. Yavuz YAVUZ 65

79 AD SOYAD ADRESİ 166. Yeşim ÖKTEM 167. Yiğit ÇİÇEK 168. Zeynep ÖZDEMİR 169. Zeynep OLUK 170. Zeynep müge AKANSU 66