ftnwm FRrli. Tfc&yoooo*} w TURKISH TÜRKİYE ATOM CNCRjfSİ KURUMU ıııııı mom uısnuı TE Etna M İM ATOMIC ENERGY COUNCIL ANKARA NUCLEAR RESEARCH AND TRAINING CENTER FAALİYET RAPORU PtWIBS IEFI1T 111) AHIA1A, TUKEY
Ö N S Ö Z Bu rapor Merkezimizin 19ÖJ yılındaki bilimsel çalışmalarıyla eğitim faaliyetlerini kapsamaktadır. Raporun incelenmesinden de anlaşılacağı gibi, 1933 yılında Merkezinizde geçmiş yıllara göre bilimsel ve eğitim alanlarında önemli gelişmeler olmuştur. Gerçekten bu dönemde bütün bölümlerce bilimsel çalışmalara daha çok ağırlık ve hız verilmiş, çalışma programına yeni projeler ilave edilerek proje sayısı arttırılmış ve projelerin kapsamları da genişletilmiştir. 1983 yılında Fizik Bölümünde, Katıhal çalışmaları güneş pilleri üzerinde yoğunlaştırılmış, füzyon programında, Yoğun Plazma Odağı sisteminden çıkan yüksek enerjili rölativistik elektronlar incelenmiş ve Spheromak plazması oluşturmak üzere özel bir enjektör geliştirilmiştir. Kimya Bölümü, Çevre Kimyası Gurubunda, Ankara hava kirliliğini inceleyen TÜBİTAK destekli proje tamamlanarak bu konudaki epidemiyolojik araştırmaya büyük bir katkıda bulunulmuştur. Yakıt Kimyası Gurubunda, fosforik asitten uranyum elde edilmesi ve toryum içeren cevherden toryum ve nadir toprak elementlerinin kazanılması çalışmalarına ağırlık verilmiştir. Bu çalışmalarla yerli nükleer yakıt üretimine büyük katkıda bulunulacaktır. Nükleer Tarım Bölümünde, 1983 yılında gıda muhafazası alanında radyasyon tekniği uygulanarak araştırmalar yapılmış ve bu araştırmalardan pratikte uygulanabilecek somut sonuçlar da alınmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, bu ileri teknik patateslerin depolama sürelerinin uzatılması ve muzlarda piyasa durumuna göre olgunluğun geciktirilmesi bakımından kimyasal yöntemlerle kıyaslanamıyacak kadar etkili olmaktadır.
Sağlık Fiziği Bölümünde, "Çeşitli Co60 ve Xışını Demetlerinin İyon Odaları ve Termolüminesans Oozimetreler Kullanılarak Derin Doz Faktörlerinin Ölçülmesi" çalışması tamamlanmıştır. Elektronik Bölümünde, mikroişlemcili sistem geliştirme çalışmalarına başlangıç olacak tek kart denetim birimli geliştirilmiş, ayrıca deney denetiminde kullanılmak üzere bir minibilgisayarlı laboratuvar ölçü ve kontrol sistemi alınarak veri toplama ve işleme çalışmalarına başlanmıştır. Başarılı çalışmalarından ötürü Merkezdeki bütün personele takdirlerimi bildirir başarılarının devamını dilerim.. ; <HV Prof.Dr. Nurinnisa ÖZBEK Ankara Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi Müdürü
F ÜR EH AR D This report contains scientific and training activities of our Center during the year of 1983. As it can be seen from this report as compared with the past years, in 1963 both scientific and training activities of the Center showed consiaerable progress. However in all Divisions of the Center new projects were included to the research program consequently the number of the research works were increased and also their capacities were expended. Among the activities of Physics Division in 1983» the studies of Solidstate Physics have been concentrated on the solarcells. In the fusion programme, high energy relativistic electrons ejected from Dense Plasma Focus system have been investigated and a special injector to produce a Spheromak plasma has been developed. In the Chemistry Division in Environmental Chemistry group, air pollution project concerning Ankara which was also supported by TÜBİTAK has been copleted and a great contribution to a related epidemiologic research has been made. In Fuel Chemistry group recovery of uranium from phosphoric acid and recovery of thorium and rare earth elements from domestic ores have been extensively studied. These projects intend to make a great contribution to domestic nuclear fuel production. In Nuclear Agriculture Division, this year some research works were carried out in the field of food preservation using irradiation techniques. The results obtained showed clearly that as compared with chemical methods, this advanced techniques much more effective in extending of storage periods of potatoes and in delaying of ripening of bananas.
In the Health Physics Division, the study on "Measurement of Depth Dose Factors for Various Co60 and Xray Beams Using Ion Chambers and Thermoluminescent Dosimeter" have been completed. In electronics Division, the design and realization of a standalone, single board microprocessor based process controller has been started; in addition a modular instrument computer for performing computations, producing graphic displays, monitoring laboratory processes, controlling experiments, has been bought and data acquisition works have been started. I would like to express my appreciations to all personnel at the Center and I wish to continiue their success. _o 1 ^ Prof.Dr. Nurinnisa ÖZBEK Director Ankara Nuclear Research and Training Center /
MERKEZ İDARESİ (CENTER ADMINISTRATION) MÜDİT. (DIRECTOR) Prof. Dr. Nurinnisa ÖZBEK MÜDÜR BİLİMSEL VE ECÎTtM YRD. (DEPUTY DIRECTOR FOR SCIENCE AND TRAINING) Zeynep KOKSAL MÜDÜR TEKNİK YRD. (DEPUTY DIRECTOR FOR TECHICAL AFFAIRS) Dr. Nurhan AlGANATAY MÜDÜR İDARİ YRD. (DEPUTY DIRECTOR FOR PERSONNEL AFFAIRS) Or. Nurhan ALGANATAY ARAŞTIRMA BÖLÜMLERİ (RESEARCH DIVISIONS) FÎZÎK (PHYSICS) BAŞKAN (HEAD) : Doç. Dr. Ayten SINMAN KİMYA (CHEMISTRY) BAŞKAN (HEAD) : Tülay GULGE NÜKLEER TARIM (NUCLEAR AGRICULTURE) BAŞKAN (HEAD) : Prof. Or. Nurinnisa ÖZBEK SAĞLIK FİZİĞİ (HEALTH PHYSICS) BAŞKAN (HEAD) : ûr. G. Gürcan YÜLEK ELEKTRONİK (ELECTRONICS) BAŞKAN (HEAD) : Zeynep KOKSAL NÜKLEER ENFORMASYON (NUCLEAR INFORMATION) Filiz CERMEN
İ Ç İ N D E K İ L E R CONTENTS 1 Merkez'de Yürütülen Çalışmalar... 1 Studies Carried Out at the Center 1.1. Darbeli Rejimde Çalışan Bir Argonİyon Laseri... 1 Âkı ArgonIonLaser Operating in Pulsed Regime 1.2. Rölativistik Elektron Demeti üreteçlerinde Kollektif İyon Hızlandırması 8 Collective Ion Acceleration From Relativistic Electron Beam Generators 1.3. Yoğun Plazma Odağı lie Yeni Bir Isıtma Şemasının Kavramsal Tasarımı... 15 Conceptual Design of a New Heating Scheme by a DPF System 14. Pirit, Kalkopirit, Cinkoblend ye Galenit Cevherlerinin XIsim Floresans Tekniği ile Analizleri 20 Analyses of Chalcopyrite, Pyrite, Zincblend and Galena by XRay Fluorescence Technique 1.5, Nötron Aktivasyon Analizinde Oluşan XI$ın1arıy1a Toryum Cevher Analizi 26 Thorium ore Analysis by Using XRays in Neutron Activation Analysis 1.6. Radyoizotop XIsını Floresans Tekniği ile Elde Edilen K ve L Spektral Çizgilerine, Saf örnekler İçin Monte Carlo Benzeşim Yönteminin Uygulanması 31 I
Monte Carlo Prediction of XRF K and L Spectral Line Intensities Excited By Discrete Energy Photons in Pure Samples 1.7. Nötron Transmisyon Metodu ile Bor Elementinin Analizi 36 Deter ination of Boron by Neutron Transmission Method 1.8. Nötron Aktivasyon Analizinin Toryum Cevher Numunelerine Uygulanması 40 Application of Neutron Activation Analysis to Thorium Ore Samples 1 9. InVivo Nötron Aktivasyonu ile El Kemiklerinde Kalsiyum Kalsiyum Tayini....44 InVivo Analysis ot Bone Calcium Activation of Hand 1 10. Güneş Enerjisi Çeviricilerinin Optik ve Elektriksel özelliklerinin İncelenmesi ile Verimi ttkileyen Faktörlerin Araştırılması. 50 Optical and Electrical Properties of Semiconductor Photovoltaic Solar Cells and Investigation of Factors Affecting the Efficiency 1.11. Türkiye Toryum Cevherinin Değerlendirilmesi 54 Utilization of Turkish Thorium Ore 1.12. Fosforik Asitten Yan ürün Olarak Uranyum Kazanılması., 59 ByProduct Recovery of Uranium from WetProcess Phosphoric Acid 1.13. Ankara Hava Kirliliği ve Kirlilik Derecesinin Tesbitl 11e Buna Bağlı Epldemlyolojlk Araştırma 75 Determination and Characterization of Air Pollution in Ankara and Related Epidemiological Research II
1.14. İsparta ve.yöresindeki Göllerde Su Kalitesinin Eser Elementler Yönünden İncelenmesi 83 Water Quality Lakes of İsparta Region 1.15. İzotop İzleme Teknikleri ile Nalathion lnsektisitinin Depolanan Buğday ve Arpada Bıraktığı Kalıntımı. Tayini. 88 To Determine by Radiotracer Techniques the Fate and Magnitude of Malathion Residues in Stored Wheat and Barley 1.16. Radyoaktif Yağış Analizleri 90 Radioactive Fallout Analysis 1.17. Çoklu Ekim Sisteminde Nükleer Teknik Uygulanarak Arazi, Gübre ve Su Kullanma Randımanlarının Saptanması... 94 Determination of Land, Fertilizer and Water Use Efficiencies in Intercropping System Using Nuclear Techniques 1.18. Çoklu Ekim Sisteminde (Sequential Cropping) Nükleer Teknik Kullanarak Arazi ve Gübre Kullanma Randımanlarının Saptanması,..,,... ; >,,. 100 Determination of Land, Fertilizer Efficiencies in Intercropping (Sequential Cropping) System, Using Nuclear Techniques 1.19. Mısır ve Soya Yetiştiriciliğinde Nükleer Teknik Kullanarak Arazi, Gübre ve Su Kullanma Randımanlarının Saptanması 112 Determination of Land, Fertilizer and Water Use Efficiencies in Corn and Soybean Growing, Using Nuclear Techniques III
1.20. Çukurova Bölgesinde Uygulanan Oçlü Bitki Münavebesinde (BuğdaySoya FasulyesiPamuk) Her Bitkiye Verilecek Ekonomik Gübre Miktarının Tayini..124 The Amounts of Fertilizers Will be Used Economically in WheatSoybeanCotton Rotation in Çukurova Region 121. N Kullanarak Soya ile Simbiyotik N Fiksasyonunun Tayini ve Bunun Ekonomik önemi... 137 Determination of Symbiotic N Fixation by Soybean, Using N and its Economical Importance 1 22 Trakya Bölgesi Topraklarının Alınabilir Bor Kapsamlarının Tayininde Uygulanacak Kimyasal Yöntemler. 146 Chemical Methods Will Be Used in Determining of Available Boron Contents of Thrace Region Soils 1 23 Amsoy71 ve Calland Soya Çeşitlerinde Verim ve Yağ Oranının Nükleer Teknikle Geliştirilmesi....149 Improvement of Yield and Oil Contents of Amsoy71 and Calland Soybean Varieties by Nuclear Techniques 1 24. Kimyasal Mutagen (EMS) ile Amsoy71 ve Calland Soya Çeşitlerinde Verim ve Yağ Oranının Geliştirilmesi... 155 Improvement of Yield and Oil Contents of Amsoy71 and Calland Soybean Varieties by Chemical Mutagen (ENS) 1.25. Soya'nın FideYüksekliği üzerine Kimyasal Mutagen (EMS)'in Etkisi 161 Influence of Chemical Mutagen (EMS) on Seeding Height of Soybean 1.26 Çeşitli Co60 ve Xisim Demetlerinin İyon Odaları ve Termolüminesans Dozimetreler Kullanılarak Derin Doz Faktörlerinin ölçülmesi...... 168 Measurement of Depth Dose Factors for Various Co60 and Xray Beams Using Ion Chambers and Thermoluminescent Dosimeters IV
1.27. Radyasyon Kontrol ve Denetimleri 183 Radiation Surveys 1.28. Film Oozimetreleri tie Personel Kontrolları... 189 Personnel Monitoring With Film Badges 1.29. Tabii CaF'ün Termolüminesans Karakteristikiirunun Tayini.' 194 Determination of Natural CaF. Thermoluminescence Characteristics 1.30. Televizyon Tüplerinin Yaydığı Radyasyon Dozunun Tayini 195 The Determination of Radiation Dose From Television Receives 1.31. Kalınlık ölçü Aygıtı Tasarımı ve Geliştirilmesi.. 197 Development of a Film Thickness Monitor For Evaporation Systems 1.32. MikroIslemci Çalışmaları 201 Development of Microprocessor Based Systems 1.33. Bilgisayar Çalışmaları 205 Computer Software Studies 1.34. Fizik Bölümü Laser Grubu için 4500 Volt. 40 ma Güç Kaynacı Tasarım ve Geliştirilmesi 209 Design and Development of a Regulated HighVoltage Power Supply for Physics Division 1.35. Bakım ve Onarım Çalışmaları 211 Routine Maintenance and Service Works V
1.36. Nükleer Enformasyon Grubu Çalışmaları 218 Activities of Nuclear Information Group Merkezde Verilen Seminerler 220 Seminars Held At The Center Bilimsel Toplantı ve Geziler 221 Scientific Meeting And Visits Konferanslar 222 Conferences Yayınlar 225 Publications Tezler 228 Theses V
1.1. Darbeli Rejiade Çalışan Bir Argonİyon Laseri S. Sinaan, A. Sinman Tekrar birleşme veya farklı diğer darbelı uyarma olayları, nötral gaz, iyonlaşmış gaz veya moleküler gaz laserlerinde yaygın şekilde kullanılmaktadır /l,2/. Öte yandan darbe teknikleri yanısıra Elektron Demeti denetimli boşalma IH ve mikrodalga ile pompalanmış laserler /< / de. incelenmektedir. Son günlerde gazlarda oyuk katod boşalması iyonik metastable seviyelerin elde edilmesi /5/ ve hızlı ya da yavaş ifyarma darbeleriyle iyonlaşmış laserleri gerçekleştirmek açısından çok ilginçtir. Genelde, oyuk katodlu darbeli laserlerde alçak empedanslı boşalmalar karakteristik sonuçlardır. Bu araştırmada özellikle oyuk katodlu yüksek empedanslı ve alçak akım yoğunluklu Ar 3 laseri takdim edilmektedir. Deneysel düzenek Şekil l'de gösterilmektedir. Şekildeki semboller ve karekterler şöyle işaretlenmektedir; FSGS Yüzen Kıvılcım Aralıklı Anahtar; R Şönt Rezistansı; C. Anahtarların Kapasitansı;R,Akım Sınırlayan Rezistans; RCRogowsky Bobini; AAnod; FRTam Yansıtıcı; FCAlan Bobini veya B Bobini; CKatod; BSDemet Bölücüsü; TMGeçirgen Ayna; PUFotoDedektör; 1.2Güç Kaynakları; 3Denetim Ünitesi; 4Akım Entegratörü; 5Transiyent Kaydedici Osiloskop. Laser kanalının çapı 0.45 cmve Brewsterler arası uzaklık 98 cm dir. Laser kavitesinde yarı küresel optik geometri tercih edilmektedir. Uniform bir magnetik alanın etkisi altında oyuk katodlu eksenel boşalma içindeki plazma ortamının Maxwell dağılımlı olduğu varsayılarak biriktirme enerjisi, 23 jcm~ arasında hesaplanmıştır. Genellikle oyukkatodlu boşalma laserlerinde öniyonizasyon RF alanları ile 50500 khz frekans aralığında yapılmaktadır. Takdim edilen bu sistemde boşalmanın başlangıcında iletin hattı RGU/35 kısa bir süre için (GidişDönüşHareketZamanı TWTT=1020ns) açık devre olmakta ve bunun sonucu olarak laserin, anoduna 25 kv luk iki kac giriş voltajı uygulanmaktadır. Böylece laser plazması elde edilmekte ve 2ps içinde 1MW (rras) lik darbeli bir güç plazmaya verilmektedir. Başlangıçta bu enerji Ar eksitasyonu için gereklidir. Daha sonra Seki 12'de olduğu gibi plazma akımı üstel şekilde azalmaktadır. Bu akıma karşıt laser voltajı hemen hemen sabittir. Yüksek bir empedans gösteren laser plazması genellikle endüktiftir. Farklı R T rezistansı değerleri için yapılmış deneyler, laser plazması 1
empedansının daima kullanılan IL den daha büyük olduğunu göscermiştir. Şekil2'de de görüldüğü gibi laser ışığının darbe süresi genel olarak eksicasyon darbe süresinden dört veya beş defa daha uzundur. Tekrar elde edilebü'jlik koşulunda değişik 2^ değerleri için v ms /d acp oranları 11.6 x 10 3 ve 19.7 x 10 3 V/cm Torr değerleri arasında değişmektedir. Burada V voltaj darbesinin kare kök ortalaması, p gaz basıncı ve rms d anodkatod arası uzaklıktır. Oran 8.2 x 10 3 V/cm Torr'a düştüğü zaman ac laser akım darbesinde hiçbir kararsızlık gözlenmediği halde laser ışığı darbesinde tekrar elde edilememe hali başlamaktadır. Spektrum analizleri Band yok edici Filitreler (BEF) yardımıyla yapılmaktadır. Seki 13'de kolayca görüldüğü gibi, deneyler sırasında güç spektrumunda UV ışığının güç yoğunluğunun maviyeşil olanından daha küçük olduğu gözlenmiştir. Sadece bir tam yansıtıcı ayna kullanıldığında, Brewsterlerin anod çıkışı (daha sıcak elektrodlar) ve katod (daha soğuk plazma) taraflarında sırasıyla koyumor ve buzmavisi renklerde ışıklar neşredilmektedir. Gaz basıncı 0.20.5 Torr'a doğru yükselirken Brewster çıkışlarındaki renk eş hale gelmektedir. 1.1. An ArgonIonLaser Operating in Pulsed Regime S. Sınman, A. Sinman The pulsed excitation processes are widely used in neutral gas, ionized gas or molecular gas lasers /1.2/. On the other hand, together with the pulse techniques, electronbeam controlled discharge /3/ and the laser pumped by micro wave Ikl are also investigated. Nowadays, the hollow cathode discharge in gases are very interesting from the viewpoint of to produce ionic metastable levels 151 and Co realize the ionized lasers by fast or slow excitation pulses. In general, the discharges with low impedence in hollow cathode pulsed laser are characteristic results. In this investigation particularly hollow cathode Ar J+ laser with high impedence (200300 Q) and low current density (150200 A cm" 2 ) is presented. The experimental setup is shown in Figure1. The symbols and characters in the figure are denoted as follows; FSGSFloating Sparkgap Switch; R Shunt resistor; C.Switching capacitor; R Current limiting
resistor; RCRogowsky Coil; AAnode, FRFull reflector; FCField Coil or B z coil; CCathode; BSBeara Splitter; TMTransmitting Mirror; PD Photo Detector; 1,2Power Supplies; 3Control unit; 4Current integrator; 5Transient recording oscilloscope. The diameter of the laser channel is 0.45 cm and the distance between the Brewsters is 98 cm. In laser cavity the hemispherical optical geometry is prefered. Assuming a Maxwellian plasma medium in the hollow cathode axial discharge under the influence of on uniform magnetic field the deposition energy have been calculated between 23 j cm In general, the preionization in hollow cathode discharge lasers is carried out by the RF fields in the frequency range of 50500 khz. In this system presented, at the beginning of the discharge, the transmission line RGU/35 becomes an open circuit for a short time (twowaytraveltime TWTT=1020 ns) and as a result of this, two folded : input voltage of 25 kv nay be applied to the anode of the laser. Thus the laser plasma is produced and upon the first 2 us, the pulsed power of 1 MW (rms) is deposited along the plasma. Initially this energy is necessary for the excitation of Ar 3 *. Then in time the plasma current decreases exponentially as in Figure2. The laser voltage corresponding to this current is almost constant. The laser plasma showing a high impedence is generally inductive. The experiments performed for different R. resistor values have shown that the irapedence of laser plasmas are always higher then JL used. As it is also seen in the Figure2 the pulse duration of laser light in general is four or five times longer Chen the excitation pulse duration. In reproducible operation condition, for alternative R T values V /d p r L rms ac ratios are changing between 11.6 x 10 3 and 19.7 x 10 3 V/cm Torr where V is rootmeansquare value of voltage pulse, p is gas pressure and d is distance between anode and cathode. When the ratio falls down to the 8.2 x 10 3 V/cm Torr, then although no instability is obserbed in laser current pulse, the irreproducibility in laser light pulse is initiating. The spectrum analysis is carried out by means of the Band Eliminating Filters (BEF). During experiments in power spectrum it has been observed that the power density of tne UV light is lower then that of the bluegreen one as it is easily seen in Figure3. When it is used only a fi.il reflector mirror, lights are emitted in the colours of deepviolet and iceblue along che output of anode (hotter electrodes) and cathode (colder plasma) sides 3
of Brewsters respectively. Increasing the gas pressure towards 0.20.5 Torrs, the calours at the Breuster outputs are being identical. REFERENCES III Pressley, R.J., Handbook of Lasers. CRC Cleveland Sec. 3 (1971). Ill Goodwin, D.W., Advances in Quantum Electronics Academic Press. New York (1975) 70. lif Rocca, J.J., et. al., Appl. Phys. Lett. 40 (1982) 300. /4/ Wisoff, P.J.K., et.al., IEEE J. Quantum Electronics. Q E18, 11 (1982) 1839. 151 Bekefi, G., Principles of Laser Plasmas, John Wiley, New York (1976) 159. lb/ Goodwin, D.U., ibid in ref. 2, 246.
FSGS CH2 Şekil.1. Laser deneylen için blok diyagram. Fîgure:1. Block diagram for laser experiments.
1 H OD If \ Laser Current Pulse \ (Laser Akım Darbesi) r \ ^^»^j_ ' m I N ^ X Laser Light Pulse ^v (Laser Işık Darbesi) * ı» ' ' ' ı 1 02 06 G6 06 I Fig.2Puis Waveforms of Laser Current and Light Şek.2Laser Akım ve Işık Darbelerinin Dalga Şekilleri 12 ms time b
o isi < ^ o Uncertain Operation Area (Belirsiz Çalışma Bölgesi') o M n H ıı II II rsj s S ^ W S S> İ İD «ı/ı o in po O s* V ı \ ı?l 8 ü? c \ "i ı r» \ ««\ o o V» "> \ «> l > 00 m Tl in vl I er»? s 3
1.2. Rölativistik Elektron Deneti üreteçlerinde Kollektif tyon Hızlandırması A. Sinman. S. Sınman Kollektif hızlandırma yöntemleri; dışardan bir gerilim uygulanmaksızın temel hızlandırma alanları oluşturulduğundan, konvensiyonal hızlandırma yöntemlerinden farklıdırlar. Burada hızlandırma alanları; az sayjıda taneciğe hız kazandıracağı yerde çok sayıda taneciğin kollektif etkileşmesine neden olmaktadır. Kollektif iyon hızlandırmasının iki temel yöntemi, iyonların elektron halkası veya bir lineer kollektif alan içine sokulmasıdır. Bir vakum cliyodu içinde pozitif iyon hızlandırmak için mümkün bir mekanizma ambipolar diffizyon işlemi olarak görülmektedir. Bir Relativistik Elektron Demeti (RED) üretecinin, doğrudan doğruya kendiliğinden korunma (inertial confinement) amacıyla kullanılması yanısıra, kollektif iyon hızlandırıcısı /13/, mikrodalga üretimi /A/ ve TEALaser eksitasyonu gibi füzyona dolaylı şekilde bağlı öteki araştırma alanlarında geniş uygulama olanakları da bilinmektedir. RED üretecinin kalbi Alan Emisyonu Diyodudur (AED). Geçitli veya geçitsiz demet kiplerinde ister Marx üreteci, ister Tesla Rcsonans Transformatörü (TRT) ve isterse bir LC titreşim darbeleyicisi kullanılsın, herbirindeki darbe şekillendirisinin ucu, genellikle zamanla değişen ve lineer olmayan bir özellik taşımaktadır. Daha önceki bir çalışmamızda Ibl RED diyodunun fonksiyonel bazı referans verileri incelenmişti. Burada istatistiksel hesaplamalar sırasında standart sapmalar da dikkate Alınmıştı. Bu çalışmada, sınırlama alanı ile /3/ zahiri katod tarafından oluşturulan plazma yüzeyindeki elektrik alan IH dikkate alınarak, özellikle kollektif iyon hızlandırıcısının önceki modelimiz içinde AED özellikleri incelenmiştir. Olson kriterine ve AED parametrelerine bağlı olarak sonuçlar korelasyon fonksiyonlarıyla tartışılmıştır. Tipik korelasyon fonksiyonları Şeki11 ve 2'de resmedilmektedir. Bu şekillerde parametreler şu şekilde gösterilmektedir; V başlangıç voltajı; C. kapasitans; Z n iletim hattının karekteristik empedansı; 8
U hat üzerinde birikmiş enerji; TWTT hat boyunun bir gidip gelme zamanı; Vp katod plazmasının hızı; r fc denet.yarıçapı; d._ AEDanodkatod aralığı; R, sürükleme tüpünün yarıçapı. Seki 11'de A.B ve C ile isimlendirilen eğri grupları, 181 ns süreli diyoddaki voltaj adımlarını göstermektedir. Bu koşulda Z.(t) diyod empedansı, A, B ve C voltaj stepleri için sırasıyla 10,3 kfl, 0,250,003 KG ve I,5lOOSÎ aralıklarında değişmiştir. Bu durumda akım darbe şekilleri kare dalgaya çok yakındır. Diyot akımını sınırlama akımıyla karşılaştırarak kollektif iyon hızlandırmasının yalnız B ve C adımlarında mevcut olabileceği bulunmuştur. Oldukça büyük değerlerde &>(?) bu sonuçları etkilemektedir. Diğer taraftan Şekil2 de Z.(t) diyod empedansı sadece A adımı için 1003ft aralığındadır. Akım darbesi üstel şekilde değişmekte ve iyonlar sürüklenme tüpünün yarıçapından bağımsız hızlanmaktadır. Nümerik modelde Ümitlenme akımı ve elektrik alan için kullanılan denklemler şunlardır: I A = 17000 8(Y 0 l) (l*ln R d /r b ) _I (1fg)" 1 E = 17000 J 0 (YQ1)V2 v rt Burada 8 = ~ elektron hızının vakumda ışık hızına oranı, (Y 1) elektron c * _ o kinetik enerjisinin sükunet kütlesine oranı, J Q akrm yoğunluğu, R, ve r, sürüklenme tüpünün ve demetin yarıçapları, f nöcralizasyondur. Bu hesaplamalarda f ise fonksiyonel elektrostatik nin sıfır olduğu kabul edilmiştir. Sonuç olarak, diyod empedansıyla FED'in görünüş oranı veya başka deyişle akım darbe şekli, Olson kriterine bir hayli etki etmektedir. Elektrik alan, 1003A luk küçük diyod empedansları ve 5 ka'lık sınırlama âkımı için 810 MV/m ye kadar yükselmiştir. önerilen bu yöntemle, korelasyon fonksiyonu, yüksek ve alçak I b /I A hallerine ve De Packh parapotensiyel model gibi diğer şemalara uygulanabilir. Şekil1 ve 2'deki sistem parametrelerine göre, bazı yeni çizimler düzenlenebilir. Böylece, RED üreteci ile AED, ilgi duyulan araştırma problemine bağlı olarak optimize edilebilir. 9
t.2. Collective Ion Acceleration Fro» Relativistic Electron Beaa Generators A. Sinaan, S. Sinaan Collective acceleration methods differ from conventional acceleration methods in which the main accelerating fields are not caused by externally applied potentials. Instead, the accelerating fields are caused by the collective effects of a large number of particles which impart acceleration to a smaller number of particles. The two principal methods of collective ion acceleration embed ions either in electron ring or in a linear collective field. A possible mechanism for positive ion acceleration in a vacuum diode can be visualized as a process of ambipolar diffusion. Besides the utilization of Relativistic Election Beam (REB) generators in inertial confinement schemes directly, Mide rauge of application possibities of it in other research areas depending on fusion indirectly such as collective ion acceleration /13/, microwave production M/ and TEALaser excitation IS/ are also known. The heart of REB generators is FED. Let FED be driven by whether a Mar» generator or a Tesla type of transformer and or a LC ringing pulser (gated or ungated beam modes), it is generally at a situation of the time varying and nonlinear terminating of a pulse forming line which is using. In our previous study /6/, it had been investigated some reference data of REB diode functionally. In the statistical estimations, the standard deviations have been also taken into account. In this work, taking into consideration the limiting corrent /3/ and the electric field at the plasma surface produced by virtual cathode I'll within our previous model, specially for the collective ion acceleration, the properties of FED have been studied. Depending on the FED parameters and Olson's criterion the results have heen discussed by means of the correlation functions. The typical correlation functions are illustrated, in Fig1. and 2. 10
In these figures the parameters are denoted as follows: V. the initial voltage; C. the capacitance; 2_the characteristic impedance of transmission line; U, the stored energy in the line; TWTTthe two way travel time; v the v locity of cathodeplasma; r/the beam radius;. d the anode cathode gap; R the drift tube radius, ac r d The groups öf curves called by A, B and C in Fig1 are demonstrating the voltage steps on the diode with the durations of lttl ns. At this condition, the diode impedance Zj(t) has changed in the ranges of 10,J k;; 0.003 kil and 1.5100 fl for the voltage steps of A.B and C respectively. In these cases the current pulse shapes are very close to a square wave. Comparing the diode current by limiting current, it has been found that the colective ion acceleration can only be exist in the steps of B anıl C. Having rather high values. R.(t) effects these results. On the other hand in Fig2. the diode impedence ZAt) is in the range of 100J i". with only step of A. The current pulse varies exponentially and the ions acceleiate independently from the radius of the drift tube. In numerical model, for I, limiting current and E electric field equations used are; Ij 17000 6(Y 0 D d*ln R d /rb) _1 (lf e )"! where S E 17Û00 J 0 (Yol)'/2 is the usual ratio of electron speed to that of light in vacuum, YQ1 is the ratio of the electron kinetic energy to rest mass energy, JQ is current density, f In calculations f =0 is used, e is the functional electrostatic neutralization. In conclusion, the diode impedence and the aspect ratio of FED or in other words the current pulse shape is effecting on Olson's criterion in a great deal. The electric field has rised up to 810 MV/m tor small diode impedences between 1003 Q and for a limiting current of 5 KA. By this method submitted, the correlation functions may he applied to other schemes such as De Packh's parapotential model and high or low I. II. may be arranged. Hence the REB generator and FED may be optimized 11
with respect to the research problem interesting. REFERENCES III Olson, C.L., IEEE Trans. Nucl. Sci.NS22 No.3 (1975) 962969. Ill Zorn, 6.T., Kim, H., and Şayer, C.N., ibid, 10061008. /3/ Straw, D.C., and Miller, R.B., Appl. Phys. Lett. Vol. 25, No.7 (1974) 379381. /4/ Bekefi, G., and Orzechowski, T.J., Phys. Rev. Lett., 37 (1976) 379381. /3/ Harris, N.W., O'Neill, F., and Whitney, W.T., Rev. Sci. Instrum. 48 (1977) 10421045.,'(>/ Sinroan, S., Sinman, A.. Fusion Energy. 1981, Spring College on Fusion Energy, Trieste, 26 May19 June 1981, IAEASMR82, (1982) 269273. 12
6 î (MV/m u X R «1 cm d R s 1.5 cm O R> 3 cm A R* 5 cm 0 V'V 0>5 d «1. 5 cm oc cm V L».I MV Ü L «9 W C L «18000 pf Z 0 «5 TWTT» 181 ns v 4x10 cm$" A, B and C»181 ns OLSON'S CRITERIA B A 7^r. \ \ UM 0 5 10 J Ij(kA) Şekill. Yüksek empedansa sahip yapraklı diyod için 1^ J sınırlama akımı ve E'elektrik alan arasındaki korelasyon fonksiyonu Fig 1. Correlation function between limiting current (1^) and electric field (E) for foil diode having high impedance. U
X R.S ı cm R,«1.5 cm o R rf «3 cm Rj«5 cm.v L «I MV U.» 9 kj C L «18000 pf Z 0 * 5 ohms TWTT«l8ln«v «4x10 cms"" P t > r b* r c* ^ d,,.» oc 0.5 cm A * 181 ns cm 10 I ÜJ 8 OLSON'S, CRITERIA X V.. Xf>»b Ij(kA) O 5 10 I _ Şekil2. Alçak empedanca sahip yapraklı diyod için I ; sınırlama akımı ve E elektrik alan arasındaki korelasyon fonksiyonu. Fig 2. Correlation function between limiting current (I? ) and electric field (E) for foil diode having low impedance. 14
1.3. Yoğun Plazma Odağı İle Yeni Bir Isıtma Şemasının Kavramsal Tasarımı S. Sinman, A. Siman Füzyon araştırma düzenekleri arasında yoğun Plazma Odağının (YPO) önemi sadece darbeli ve şiddetli bir nötron üretimi III (nötron verimi 10 12 nötron/darbe) açısından değil, aynı zamanda kısa süreli olsa bile enerjik elektron ve iyon kaynağı özelliği taşımalarından ileri gelmektedir. Örneğin, bazı YPO sistemlerinde 10 5 A akımlı ve 300 kev enerjili Deuteron 111 ve rölativistik koşullarda elektron demetleri İSİ gözlenmiştir. YPO üzerinde yapılan deneyler tanecik hızlandırma mekanizmasının tekrar elde edilebilirliği (reproducibility), üretim olasılığının yeterli olduğunu göstermektedir. Bir tanecik hızlandırıcısı olarak YPO sisteminin performansının; kollektif iyon hızlandırmalı temel tanecik üreteci veya kerdiligjnden korunma sistemlerinde kullanılan RED (Relativistik Elektron Demeti) ve HID (Hafif İyon Demeti) performanslarına, çok.yakın olduğu söyleneni Lir. Bu noktadan hareketle, toroidal bir akı koruyucusu içinde yüksek enerjili elektron ve iyonların ömürlerinin uzatılması ve bu taneciklerin bir plazma ortamıyla etkileştirilmesi mümkün görülmektedir. Önerilen bu yeni halka sisteminde (Plazma Odağı Tokamak'ı) birçok YPO (Şekil1) iki torun arasına yerleştirilmekte ve bu torlara dikine monte edilmektedir. Bu mekanik yapıda YPO nın anodları içi oyuk şekildedir. İzole vakum flajları yardım la anodlar üst tora (anod toru) ve katod elektro lan ise doğrudan doğruya alttakine (katod toru) tutturulmaktadır. Önerilen sistemin ayrıntıları şekilde gösterilmektedir. Denetimli yüzen kıvılcım aralığı anahtarları ayrı diskler halindedir. Elektronların bir kısmı anod toruna diğer kısmı ise YPO'nın anod tüpüne bağlanmaktadır, Katod toru toprak potansiyelindedir. Kıvılcım aralıklı anahtarlar laser demet sistemi ya da uygun ateşleme elektrodu ile denetlenmektedir. Boşalmanın çalışma kipi denetlenebilmektedir. Elektron ve iyon demetleri klavuzlanmış enjeksiyon alanları ve hilal alanları yardımıyla kendi torlarına enjekte edilmektedir, Kondansat'.'r bataryası bir takımdan fazla olabilir. Böylece sistemin ömrü ve güvenilirliği yükselecektir. letikleme rrogramının özelliğine göre yüksek tekrarlama oranlı YPO sistemini çalışt. :nak için nötron emisyonu için eşdeğer odak' süresini 15