DAİRESEL HIZLANDIRICILAR



Benzer belgeler
DOĞRUSAL ve DAİRESEL HIZLANDIRICILAR TTP8/CERN

Theory Tajik (Tajikistan)

The Physics of Particle Accelerators - Klaus Wille ( )

Parçacık Hızlandırıcılarının Tipleri ve Fiziği-II DAĐRESEL HIZLANDIRICILAR. Prof. Dr. Ömer Yavaş Ankara Üniversitesi

Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi

Işınım Kaynakları İçin Benzetim Programları I: SPECTRA

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

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU

3. DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR: TEMEL İLKELER

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

FZM443 PARÇACIK HIZLANDIRICILARI. Prof. Dr. Ömer Yavaş

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

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ

X-Işınları TAC-SR. Numan Akdoğan.

METRİ HIZLANDIRICILAR. Mehmet YÜKSELY ÇÜ FBE Fizik ABD.

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar

A A A A A A A A A A A

Hızlandırıcı Fiziği-2. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

TR RARE B -> VVY DECAY AND NEW PHYSICS EFFECTS

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

Fizik 101-Fizik I Dönme Hareketinin Dinamiği

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

X-Işınları. Numan Akdoğan. 2. Ders: X-ışınlarının üretilmesi.

Parçacık Hızlandırıcılarının Medikal Uygulamaları 2. Doç.Dr. Bahar DİRİCAN GATA Radyasyon Onkolojisi AD.

RADYOTERAPİ CİHAZLARINDAKİ GELİŞMELER. Hatice Bilge

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

Hızlandırıcı Fiziğine ine Giriş

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

Fiz 1012 Ders 6 Manyetik Alanlar.

Hızlandırıcı Fiziği-1. Veli YILDIZ (Veliko Dimov)

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

Gamma Bozunumu

Bölüm 1 Maddenin Yapısı ve Radyasyon. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

PARÇACIK HIZLANDIRICILARININ BİLİME KATKILARI

Hızlandırıcı Fiziği. Enine Demet Dinamiği II. Dr. Öznur METE University of Manchester The Cockcroft Institute of Accelerator Science and Technology

Parçacık Hızlandırıcılar

Manyetizma. Manyetik alan çizgileri, çizim. Manyetik malzeme türleri. Manyetik alanlar. BÖLÜM 29 Manyetik alanlar

DİNAMİK Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Statik Manyetik Alan

12. SINIF KONU ANLATIMLI

RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

Sinkrotron Işınımı Tesislerinde Dünyadaki Durum, TURKAY Tesisi ve Türkiye İçin Önemi ve TURKAY Tesisi Tasarım Çalışmalarının Sonuçları

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

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

- Tsukuba Science City

X-Işınları. Çalışma Soruları

BÖLÜM 03. Doğrusal Hareket Alt yüzeyi yere paralel olarak yerleştirilmiş, camdan yapılmış

Hareket Kanunları Uygulamaları

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

MADX-Emittans Hesabı. ZAFER NERGİZ Niğde Üniversitesi

TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. chem.libretexts.org

Alüminyum Hedefte Depolanan Enerjinin Elektron Enerjisi ile Değişimi. Variation of Deposition Energy with Electron Energy in Aluminum Target

- 1 - ŞUBAT KAMPI SINAVI-2000-I. Grup. 1. İçi dolu homojen R yarıçaplı bir top yatay bir eksen etrafında 0 açısal hızı R

RÖNTGEN FİZİĞİ 6. X-Işınlarının madde ile etkileşimi. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

TÜRK HIZLANDIRICI KOMPLEKSİ ÖNERİSİ

MANYETIZMA. Manyetik Alan ve Manyetik Alan Kaynakları

HPFBU. MADX III (Methodical Accelerator Design) Yöntemli Hızlandırıcı Tasarımı Programı

FİZİK II - Final UYGULAMA

İletken Düzlemler Üstüne Yerleştirilmiş Antenler

Newton un II. yasası. Bir cismin ivmesi, onun üzerine etki eden bileşke kuvvetle doğru orantılı ve kütlesi ile ters orantılıdır.

TURKFAB Tesisinin Araş0rma Potansiyeli, Kullanıcı Profili ve Üreteceği Katma Değer

Yıldızlara gidemeyiz; sadece onlardan gelen ışınımı teleskopların yardımıyla gözleyebilir ve çözümleyebiliriz.

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü F M İ N S E S İ T O P L U L U Ğ U Y A Z I L I R Ö P O R T A J

Elektromanyetik Dalgalar. Test 1 in Çözümleri

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

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

6. Osiloskop. Periyodik ve periyodik olmayan elektriksel işaretlerin gözlenmesi ve ölçülmesini sağlayan elektronik bir cihazdır.

Çağının ötesinde işleri yapma gücünü ve kararlılığını kendinde bulan insanları, belki şu an aramızda olmasalar da, herzaman hatırlayalım.

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

12. SINIF KONU ANLATIMLI

FİZK Ders 5. Elektrik Alanları. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN

HIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARI

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

Serbest Elektron Lazeri

Newton un ikinci yasası: Bir cisim ivmesi cisim üzerine etki eden toplam kuvvet ile doğru orantılı cismin kütlesi ile ters orantılıdır.

FIZ Arasınav 9 Aralık 2017

Bugün Evreni oluşturan tüm enerji toplu iğne ucu büyüklüğünden LHC. Zaman, uzay ve madde Büyük Patlama sırasında ortaya çıktı.

Fizik-1 UYGULAMA-7. Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönmesi

HIZLANDIRICI FİZİĞİ. Doğru Akım Hızlandırıcıları. Semra DEMİRÇALI Fen Bilimleri Öğretmeni DENİZLİ (TTP-7 Katılımcısı) 05/03/2018

BASİT HARMONİK HAREKET

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

2-MANYETIK ALANLAR İÇİN GAUSS YASASI

Yeni bir radyoterapi yöntemi: Hadron terapi

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

ÖZET Yüksek Lisans Tezi TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ PROJESİNİN 3,56 GeV ENERJİLİ DEPOLAMA HALKASINDA DEMET YAYINIMI VE ÖRGÜ OPTİMİZASYONU Kahraman ZENGİ

Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları

KUTUP IŞINIMI AURORA.

RADYOTERAPİ TEKNİKLERİ

İleri Diferansiyel Denklemler

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

Harici Fotoelektrik etki ve Planck sabiti deney seti

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

Alfalar: M Q. . -e F x Q. 12. Hafta. Yüklü parçacıkların ve fotonların madde ile etkileşimi

T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI ÖLÇME, DEĞERLENDİRME VE SINAV HİZMETLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ SINIF DEĞERLENDİRME SINAVI

IV. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLERİ YAZOKULU

ITAP_Fizik Olimpiyat Okulu 1.Seviye Manyetik_4 Deneme Sınavı: 5 Mart 8 Mart 2014

FIZ Uygulama Vektörler

TAC PROTON HIZLANDIRICISININ LINAC ALTERNATİFİ İÇİN DTL SİMÜLASYONU. Abdullatif ÇALIŞKAN, Metin YILMAZ

Transkript:

III. ULUSAL PARÇACIK ACIK HIZLANDIRICILARI ve DEDEKTÖRLER RLERİ YAZOKULU (UPHDYO-III) DAİRESEL HIZLANDIRICILAR Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fizik MühendisliM hendisliği i BölümüB 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 1

KONU BAŞLIKLARI Dairesel HızlandH zlandırıcılarlar Betatron RF Alanlarla Hızlandırma Mikrotron Siklotron Sinkro-Siklotron Siklotron İsokron-Siklotron Sinkrotron Depolama Halkaları Karakteristik Parametrelerin Özeti 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 2

Dairesel HızlandH zlandırıcılarlar Yüklü parçac acıkları RF kaviteler yardımıyla yla hızlandıran ve manyetik alanlar yardımıyla yla dairesel yörüngelerde y tutan hızlandh zlandırıcılardır. r. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 3

Bir cismin bir çember etrafında hareketini devam ettirmesi için, cismin üzerine çemberin merkezine doğru sabit bir kuvvet etki ettirilmelidir. Dairesel hızlandırıcılarda, elektrik alan yüklü parçacıkları hızlandırırken, dipol magnetler ise parçacık yörüngesini daire biçiminde bükecek merkezcil kuvveti sağlarlar. Manyetik alan, parçacık enerjisine etki etmez. Sadece, parçacıkları hızlandırıcı kavite boyunca bükmeye yarar. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 4

r F = q r E + r [] q ( r ) c v B c Elektrik alan ile hızlandırma sağlanırken manyetik alan ile dairesel yörüngeler oluşturulur. Manyetik kuvvetler iş yapmaz. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 5

Manyetik alan içine giren paketçiklere hareket yönlerine dik doğrultuda manyetik kuvvet uygulanırsa, paketçikler doğrusal yörüngelerinden saparak dairesel yörüngede dolanırlar. Dairesel hareketin yarıçapı uygulanan manyetik alanın şiddeti ile doğru orantılıdır. Yani dairesel hızlandırıcıların yörünge yarıçaplarını belirleyen etken manyetik alan şiddetidir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 6

Betatron Betatron, dairesel bir hızlandırıcı türüdür. Yüksek enerjilere ulaşmış elektronlar, beta (β) olarak adlandırıldıkları için Betatron ismi, beta ışıması ve elektrondan gelmektedir. siklotron Betatron aslında siklotron ailesinden bir hızlandırıcıdır. Fakat onu siklotrondan ayıran en büyük özellik, hareket eden parçacık demetinin yörünge yarıçapının sabit kalmasıdır. Siklotronda ise bu uzaklık sürekli değişmektedir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 7

Genel olarak betatronun çalışma ilkesi, zamanla değişen bir manyetik alanın, bir elektrik alan indüklemesine dayanır. İndükleme ile oluşan bu elektrik alan, betatrona giren elektronları hızlandırırken; manyetik alan ise onları belli bir yörüngede tutar. Elektronlar hızlandıkça onları sabit yörüngede tutmak için gerekli manyetik alan büyüklüğü de artar. Bu durumda uygulanan manyetik alan parçacıkları yörüngede tutacak kadar güçlü olmalıdır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 8

Φ : Halkanın içindeki manyetik alan akısı X t : elektrik alanın herhangi bir noktadaki bileşeni olmak üzere; V = dφ / dt (akımı oluşturan elektromotor kuvveti) X t 2π R = dφ / dt Bir elektronun rölativistik hareketinin momentumu p ise; X t e = dp / dt Buradan; e Δφ / dt Δ p Δ BeR = = 2 π R Δ t Δ t ( ) ( ) 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 9

Denklemi integre edersek; φ(t2) - φ(t1) = 2π R2 [ B(t2) B(t1) ] Bu denklem, manyetik akı ve manyetik alan Bt () = φ() t 2π R olarak ilişkilendirildiği durumlarda her zaman sağlanır: 2 Bt () = φ() t 2π R 2 Uçlarındaki indüksiyon anında düşecek biçimde şekillendirilen bir elektromıknatısın, bu denklemi sağlayacak bir tek yarıçapı vardır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 10

Elektronun kazandığı kinetik enerji; Δφ Δ T = e = Δt eδφ 2 π ( R/ v) Hızlandırıcıda elektronun hızı ışık hızına çok yakın olduğu için v = c alınırsa ve φ f ve φ i, manyetik alana bağlı olarak ilk ve son akı değerleri olarak verilirse Elektronun kazandığı kinetik enerji; ΔT = e c 2π R ( φ f φi ) = ( B f Bi ) R e c 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 11

İlk Betatron R = 1.23m B max = 8.1 kg Magnet ağırlığı: 350 ton İlk manyetik indüksiyon hızlandırıcısı 1940 yılında Illinois Üniversitesi nde Prof. Dr. Donald Kerst tarafından yapılmıştır. Orijinal Betatron şu anda Smithsonian Enstitisü nde bulunmaktadır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 12

RF Alanlarla Hızlandırma Dairesel parçac acık hızlandırıcılarının pek çoğu rf uyarılan hızlandırma kaviteleri kullanmaktadır. yükselteç ile Parçac acıklar bu kaviteyi periyodik olarak geçmekte ve her geçişte elektromagnetik alandan enerji almaktadır. Bu tip hızlandırıcılarlar teknik olarak Betatron ilkesinden farklı gibi görünse de temel olarak bir farklılık yoktur.. Her iki durumda da elektrik alanlar değişen en magnetik alanlardan üretilir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 13

Yüklü bir parçacık, yükünün cinsine göre, uygulanan elektrik alana tepki gösterir. Elektrik alanın uyguladığı kuvvet elektromanyetik dalgayı; - Tepe noktasında yakalayan bir parçacık için maksimumdur. - Merkezde yakalayan parçacık için çok daha küçük bir değerdedir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 14

Mikrotron Parçac acıkları belirli bir bölgede b sabit bir manyetik alan altında değişken yarıçaplarla aplarla döndd ndürüp, belirli bir hızlandh zlandırıcı kaviteden birçok defa geçirerek enerji kazandıran hızlandh zlandırıcılardır. r. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 15

n. Yörünge Y için i in dolanım m periyodu: T n = 2 π E n 2 eb c Rezonans koşulu: Tn+ 1 Tn = ntrf n = 1, 2,3... Δ γ = 1 elektronlar için i in geçerli; erli; 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 16

Ulaşı şılabilen maksimum enerji 44 Mev 100 mikroamper ortalama akım Homojen dipol alanları kullanımı Kolay işletim i az sayıda parça gereksinimi Rf kavite içinde inde enine odaklanma Oval demet boşluklar luklarında boyuna odaklanma Plovdiv State Univertsity 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 17

Race Track Mikrotron Dairesel mikrotronlara göre daha büyük b k enerjilere ulaşabilir. abilir. RTM ler iki ana kısımdan k oluşur: ur: RF frekanslı lineer hızlandh zlandırıcı, Dairesel yörüngeler y oluşturan magnetler. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 18

20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 19

Birinci dolanım m için i in zaman: 2π ( ) 2d T = E +Δ E + = nt. 1 2 inj. ebc c Ardışı ışık k yörüngeler y arası zaman farkı: β 1 rf 2π 2d 1 1 T T =. Δ E+ = nt. i+ 1 i 2 rf ec B c β β i+ 1 i 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 20

Dairesel mikrotronun kullanım alanları Temel araştırma rma Aktivasyon analizi Dozimetri Radyokimya Radyoaktif çekirdek üretimi Radyasyon terapisi Flerov Laboratory JINR Dubna,Russia 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 21

Bazı Mikrotron Laboratuarları Microtron (www.kph.uni-mainz.de/b1) Mainz Microtron Plovdiv University-Inst Instıtutetute for Nuclear Research and Nuclear plovdiv.bg) Nuclear (www.uni-plovdiv.bg Nuclear Physics Instıtute tute Czech Republic SINP Moscow, (, (www. www.npi.msu.su) 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 22

Siklotron Karşı şılıklı iki magnet arasındaki boşlukta uygulanan RF hızlandırma geriliminden yararlanarak spiral yörüngede y hızlandırma yapan dairesel hızlandırıcıdır. r. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 23

Siklotronlarda parçacıklar sabit manyetik alan içerisinde hareket eder; parçacıkların enerjilerinin artmasıyla da dairesel yörüngeler artacak dolayısıyla daha büyük ölçekte mıknatıslar gerekecektir. Mıknatıs bir siklotron maliyetinde ana etken olduğundan daha büyük siklotronlar üretmenin maliyeti oldukça fazladır. Bir siklotronda parçacığın dolanım süresi ZeBc f = re v sabit = f 2πmcγ = Burada γ=1 olarak ele alınır. Manyetik alanın sabit olduğunu göz önünde tutularak dolanım frekansı 2π r 2πmcγ τ = = v qb rf 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 24

Bir siklotronda özellikle ağır parçacıklar için ulaşılabilecek maksimum enerji rölativistik olmamakla beraber enerji uygulanan manyetik alanın şiddeti, yörünge yarıçapı ve hızlandırılacak parçacığın kütlesine bağlıdır. Böylece enerji; 1 2 ( c 2 2 E kin = m v = = 2 2 m p) c Z 2 e 2 B 2 m 2 c R 2 2 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 25

Pratik birimler cinsinden ağır parçacıklar için dolanım frekansı yani rf- frekansı ve ulaşılabilecek maksimum enerji aşağıdaki gibi verilir. [ ] [ ] frf = B E = B R = [ ] = = [ ] = 2 2 2 2 MHz 1.53 kg, kin 0.48 kg m proton için 2 2 2 2 0.76 B kg, 0.24 B kg R m döteron için 2 2 2 2 ++ 0.76 B kg, 0.48 B kg R m He için Örneğin bir siklotronda protonların hızlandırılması durumunda enerjinin üst limiti ~500 MeV ile sınırlıdır. Bu enerjiyi arttırmak için daha büyük çaplı mıknatıslara ihtiyaç duyulacak dolayısıyla maliyet artacaktır. Bundan dolayı sabit yarıçaplı, değişken manyetik alanlı dairesel hızlandırıcılara yani sinkrotronlara ihtiyaç duyulmuştur. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 26

Sinkro-Siklotron Siklotron Siklotronda radyo frekansının n sabit olmasından dolayı rölativistik olmayan enerjilere sınırlama s gelmektedir. Yüksek enerjilere ulaşı şıldıkça a parçac acık k demetlerini odaklamada boyuna faz kararlılığı ığının n da önem kazanmasının n sonucu tasarlanmış ıştır. Siklotronun bu versiyonunda rölativistik faktör ile orantılı olarak radyo frekansı değiştirilir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 27

f = değişken = rf γ değişken γ = γ (t) f rf = ZeB 2πγmc f rf 1 γ ( t) Rölativistik faktörün n değişken olması parçac acığın n hızının h n da bu oranda değişece eceğini gösterir. g Bu durumda parçac acığın enerjisi de değişken olacaktır. γ (t) v = değişken Hızdaki bu değişim im parçac acığın n dolanım yörüngesinin de hıza; h yani momentuma bağlı olarak değişmesine neden olur. 1 r = ZeB ( cp) 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 28

Bunu kinetik enerji için çözersek, 2 E ( E + 2mc ) = kin kin ezbr Her iki düzlemde de eşit odaklama yapabilmek için alan indeksi n = ½ olmalıdır. Buna göre magnetik alan, 1 B y ( r) ~ r 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 29

Yörünge yarıçapında magnetik alan, merkezdeki değerine göre önemli ölçüde düşük olacaktır. Magnetik alan ve parçacık enerjisinin her ikisi de değişken olduğu için eşzamanlılığı korumak için rf frekansı module edilmelidir. f rf ~ [ ( t) ] B r γ ( t) Frekans modülasyonundan dolayı, parçacık akısı rf frekansının devir zamanına eşit atmalı bir makro yapıya sahiptir. Bu prensibe dayalı inşa edilenen büyükhızlandırıcı, 1946 da Lawrence Berkeley Laboratuvarındaki LBL, 184 inçlik sinkro siklotrondur. 4300 ton ağırlığındaki magnet, maksimum magnetik alan olarak 15 kg üretmektedir ve maksimum yörünge yarıçapı 2.337 m dir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 30

İsokron-Siklotron Sinkro siklotrondaki frekans modülasyonu teknik olarak karmaşı şıktır ve farklı türde parçac acıklar içinin farklı olmalıdır. Thomas ın radyal magnetik alanın parçac acığın enerjisine uygun bir şekilde modüle edilebileceğini ini bulması bu alanda önemli bir gelişme olmuştur tur. Manyetik alanın radyal bağı ğımlılığıığı da kullanılarak larak zayıf odaklama yerini kuvvetli odaklamaya bırakb rakır. r. f rf = B[ r( t) ] γ = sabit f rf ~ = γ ( t) sabit değişken 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 31

Manyetik alanın n değişken olması parçac acığın n izlediği yörüngenin momentuma bağlı bir fonksiyon olmasına yol açar. a ar. B = değişken = B (r,ϕ ) => r = f (p) B y ( rϕ) ϕ Manyetik alanın radyal bileşeni eni parçac acığın n enerjisine uygun bir şekilde modüle edilir. f Z e B y rf = = 2 π γ m c sabit f rev = sabit 0 İsokron siklotronlarda, rf frekansında mikro paketçiklerin sürekli bir demeti oluşturulur. Yüksek proton akısı bu tür hızlandırıcıları verimli yüksek enerjili proton kaynakları yapar ve bu kaynaklar sık sık bir hedefte yüksek akıda kaon ve pion mezonları yaratmak için kullanılmaktadır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 32

Sinkrotron Temel olarak yüksek hıza sahip temel parçacık, magnetik alan etkisi ile dairesel bir yörüngede harekete zorlanır. Bu teknik kullanılarak ilk defa 1947 yılında, temel parçacıklardan olan elektronun ivmeli hareketinden ışınım üretilmiştir. Yüklü bir parçacığın (elektron veya pozitron) bir magnetik alan içinde rölativistik hızdaki dairesel hareketinden elde edilen ışınıma sinkrotron ışınımı denir. Çok yüksek y foton akısı (~10 17 ) Yüksek parlaklık k (~10( 21 ) Esneklik (ayarlanabilir dalgaboyu) Uzak kızılötesinden k tesinden (FIR), sert X-IşıX şınlarına na kadar geniş bir bölgede b sürekli s spektrum 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 33

Ön n hızlandh zlandırıcıda da hızlandırılan demet, enjeksiyon bölgesiden sabit yarıçapl aplı halkaya sokulur. Demet yörüngede y defalarca dolanarak hızlandh zlandırıcı RF alanından ndan geçer er ve istenilen enerjiye ulaştığı ığında demet halkanın n dışıd ışına alınır. Çarpıştırıcı olarak ya da sabit enerjide halka içinde i inde tutularak depolama halkası olarak kullanılır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 34

γ mv 2 q r r rˆ = r qb [] ( ) c v B = = sabit c r cp Burada q parçacığın yükü, v hızı, m kütlesi, p momentumu, B uygulanan manyetik alan, r sinkrotron halkasının yarıçapıdır. r = R= sabit Yörünge yarıçapı sabit olduğunda daha yüksek enerjilere ulaşılabilir. Bunun için tasarım şartı; 1 R = qb cp = 1 sabit 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 35

Sinkrotronda bir paketçiğin halkada dolanım süresi ; τ = 2πR 2πγmc = v ZeB Parçacığın momentumu arttıkça parçacıkları aynı yörüngede tutmak için eğici magnetlerin şiddeti buna eşdeğer olarak arttırılır. Bu durum manyetik alanın parçacığın momentumu ile orantılı olarak artırıldığı zaman sağlanır. R = sabit => B ~ p (t) 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 36

Dolanım frekansı parçacığın hızına bağlı olarak; f rev = ZecB 2 π cp β ( t) β ( t) f rf = hf rev Demetin hızlandırılabilmesi için, rf frekansı dolanım frekansının tam katı tutulmalıdır böylece eşzamanlılık koşulu sağlanır. h orantı katsayısı harmonik sayı olarak adlandırılır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 37

Ağır parçacıklar için; Enerjinin artmasından dolayı,, bu artış ışla birlikte ağır r parçac acıklarında hızlarh zları artacaktır. r. v = değişken β = β (t) => f rf ~ v(t) Hafif parçacıklar için; Hafif parçac acıklar kısa k sürede s rölativistik hızlara ulaşı şırlar ve ışık k hızına h yakın n sabit hızlarla h dolanımlar mlarına devam ederler. v = sabit β = sabit => f rf => sabit 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 38

Bir sinkrotronda ulaşılabilecek maksimum enerji sinkrotron yarıçapı ve uygulanan maksimum manyetik alan ile belirlenir. Maksimum enerji; ( 2 ) [ ] [ ] cpmax = E E + 2mc = C B kg r m kin kin p C [] p = c e = 0. 02997926 GeV kg m 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 39

Örnek Laboratuvarlardan Parametreler SPring-8 Yer Harima Science Garden City Hyogo,Japon Enerji 8 GeV Işınım Hattı 62 Çevresi 1436 m 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 40

Örnek Laboratuvarlardan Parametreler APS Yer Argonne,, USA Enerji 7 GeV Işınım Hattı 68 Çevresi 1104 m 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 41

Örnek Laboratuvarlardan Parametreler ESRF Yer Gronebla, France Enerji 6 GeV Işınım Hattı 56 Çevresi 844 m 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 42

Depolama Halkaları Depolama halkası, zaman içinde sabit magnetik alanın kullanıldığı sinkrotron benzeri bir halkadır. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 43

20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 44

Depolama halkalarında eğici magnetik alanlar zamana göre sabittir ve parçacık demetleri devamlı döner. Elektron sinkrotronlarına benzer şekilde, elektron depolama halkalarında da sinkrotron ışınımı ulaşabilecek enerjiye bir limit koyar. Günümüz teknolojisiyle süper iletken mikrodalga boşlukları kullanılarak depolama halkalarında birkaç yüz GeV enerji elde edilebilir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 45

Depolama halkası ve Sinkrotron da demetler ışınım elde etme amacıyla farklı magnetlerden geçerler: Eğici (Bending) Magnet Odaklayıcı (Focusing) Magnet Salındırıcı (Undulator) 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 46

Eğici (Bending) Magnet: Parçacıklar bu magnetlerin içinden geçtiği zaman, yollarından birkaç derece saparlar. Yöndeki bu değişim, sinkrotron ışınımına sebep olur! 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 47

Odaklayıcı (Focusing) Magnet: Bu magnetler depolama halkasının düz kısmına, (parçacık demetini küçük ve iyi-tanımlı tutabilmek amacıyla) odaklamak için yerleştirilmiştir. Küçük ve iyi-tanımlı bir elektron demeti; deneyler için gerekli olan, çok parlak bir X-Işını demeti üretebilir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 48

Salındırıcı (Undulator): Bu manyetik yapılar; elektronları, salınan yada dalgalı bir yörünge izlemelerine zorlarlar. Farklı bend lerden yayılan ışınım demetleri, eğici magnetlerin oluşturabildiğinden çok daha şiddetli ışınım demetleri oluşturabilmek için birbirleriyle üstüste binerler. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 49

Parametre ALS (Advanced Light Source) Depolama Halkası Parametreleri: Demet Parçacığı Demet Enerjisi Enjeksiyon Enerjisi Demet Akımı Çoklu-paketçik modunda paketçik mesafesi İki paketçik modunda paketçik mesafesi Çevre Değer Elektron 1-1,9 GeV 1-1,5 GeV Çoklu-paketçik modunda 400 ma İki paketçik modunda 2 X 30 ma 2 ns Düz Kısım Sayısı 12 RF Frekansı 1,9 GeV çoklu-paketçik modunda demet ölçüleri 328 ns 196,8 m 499,642 MHz Yatay 310 mikron X Düşey 16 mikron 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 50

Karakteristik Parametrelerin Özeti Dairesel HızlandH zlandırıcıların n en önemli iki parametresi: Yörünge yarıçap apı: 1 r = γ eb mc y 2 β Eşzamanlılık koşulu: f = ceb y rf 2 2πγmc h 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 51

Parametrelerinin karşılaştırılması 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 52

Türk Hızlandırıcı Merkezi (TAC) Türk Hızlandırıcı Merkezi bünyesinde kurulması planlanan linak-halka tipli çarpıştırıcıda; linaktan gelen 1 GeV lik elektron demeti ile halkadan gelen 3,56 GeV lik pozitron demeti çarpıştırılarak, Charm fabrikası kurulması planlanmaktadır. E elektron = 1 GeV E pozitron = 3,56 GeV E c.m. ( s) = 3,77 GeV 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 53

TAC Charm fabrikası pozitron halkası (3,56 GeV) için önerilen temel hücre DBA (Double Bending Achromat) tipi bir yapıdır. Tasarımda 32 adet eğici magnet ile 96 adet odaklayıcı ve dağıtıcı magnet kuadrupol magnet kullanılmıştır. Sinkrotron ışınımı elde etmekte kullanılacak wiggler ve undulatörler ile RF kaviteler için ayrılan 12 adet magnetsiz bölgenin uzunluğu 4,4 m dir. Çarpışma bölgesi için bırakılan iki bölgenin uzunluğu ise 14,4 m dir. 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 54

Charm Fabrikasının Depolama Halkası İçin Temel Hızlandırıcı Parametreleri Enerji (GeV) 3,56 Çevre (m) 264 Demet Akımı (ma) 216 Tur Başına Enerji Kaybı (kev) 1163,2 Sönüm Zamanları t x,t y,t z (ms) 5.4, 5.4, 2.6 Ayar (Q x,q y ) 11.5, 2.4 Chromaticity η x,η y -18, -39 Sinkrotron Ayarı 0.1 Harmonik Sayısı 442 RF Frekansı (MHz) 500.25 Enerji Yayılması (%) 0.09 Momentum Compaction 0.0043 Yayınım (nm rad) 20 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 55

KAYNAK KİTAPLAR Particle Accelerator Physics Basic Principles and Linear Beam Dynamics Helmut WIEDEMANN (1993) An Introduction To Particle Accelerators Edmund WILSON (2001) an introduction to The Physics of High Energy Accelerators D.A. EDWARDS M.J.SYPHERS (1993) 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 56

TEŞEKK EKKÜRLER 20-24.09.2007 24.09.2007 Muğla, Bodrum 57