Prometheus
İçerik İyon Kaynağı Tasarımı Hatırlatma (TFD-30 dan) Düşük Enerjili Demet Taşıma Hattı (LEBT) Tanım & Önem Tasarım Hedefi Tasarım Yöntemi Benzetim Sonuçları Sonuç ve Tartışma Yapılanlar/Yapılacaklar
Plazma dan İyon Sökme TFD30 dan H2 Plazma İyonizasyon Süreçleri H 2 + ionization H 2 + + e H 2 + e H 2 + + 2e H 2 + + e H + + H 0 + e H 0 + e H + + 2e H 2 + + H 2 H 3 + + H 0 H 3 + + e H + + H 2 + e Plazma meniscus Plazma Plazma İyon demeti İyon sökme
Plazma Meniscus Şekilleri TFD30 dan Plazma elektrodu Sökme elektrodu Plazma elektrodu Sökme elektrodu Plazma elektrodu Sökme elektrodu İyon Demeti İyon Demeti İyon Demeti Düşük yoğunluklu plazma Orta yoğunluklu plazma Yüksek yoğunluklu plazma
Demet Parametreleri TFD30 dan Demet enerjisi: Elektrot gerilimleri tarafından, Demet akımı: Child-Langmuir Kuralı tarafından, Demet yayınımı: Plazma meniscus şekli tarafından belirlenir. d Perveance (Ƥ) V p V 0 V J = 4ε 0 9 2eZ V 0 M i E b = q V 3/2 d 2 D Ƥ mak = JπD2 3/2 4V = πε 0 0 9 2eZ M i D d 2 Mak. iyon akımı (I b ) I b = Ƥ V 0 3/2
TFD30 dan İyon Kaynağı Özellikleri H+ Demet enerjisi: 20 kev @ 18 kev hız. parçacık iletimi %95.6 den %74.6 a düşer.) H+ Demet akımı: >1 ma H+ Demetin toplam normalize yayınımı: < 1.5 pi*mm*mrad Liouville!) RF anten ve flaman(akkor tel) ile plazma oluşturulabilir (Feedthrough ile (Vakum atmosfer bağlantı parçası)). Quartz plazma odası. Multi-cusp plazma hapsi (w/ 8 kalıcı mıknatıs sırası (her biri 4000 Gauss)). Su soğutması plexi-glass oda içinde. 2 seramik yalıtkan tüp. 3 sökülebilir flanş (o-ring ile). 3 elektrotlu iyon sökme sistemi.
20-5-0 kv RF DÖRT-KUTUPLUSU İÇİN DÜŞÜK ENERJİLİ DEMET TAŞIMA HATTI TASARIMI İyon Kaynağı Tasarımı TFD30 dan ε n = 0,040931302 pi mm mrad
İyon Kaynağı Bileşenler TFD30 dan Quartz oda ve multi-cusp kalıcı mıknatıslar Seramik yalıtkan tüp Feedthrough
İyon Kaynağı Çizimler TFD30 dan
İyon Kaynağı Çizimler TFD30 dan
Gecikme TFD30 dan
LEBT Tanım & Önem İyon kaynağından (dağılarak uzay yükü ~ 1 γ 2!) çıkan parçacık demetini RFQ ya eşlemeye yarayan demet iletim hattı. Enerji kazancı/kaybı yok. Manyetik (Solenoid & Dört-kutuplu Mıknatıs) ve/veya elektrostatik (Einzel Merceği) olarak tasarlanabilir. İyon Kaynağı LEBT RFQ
LEBT Tanım & Önem İyon kaynağından RFQ ya kadar demetin enerji, akım ve yayınım parametrelerinin istenilen seviyede tutulması gerekli. RFQ girişinde demet kaybının en aza indirilebilmesi için iyon demetinin RFQ nun demet kabulüne uygun şekle getirilmesi gerekli. İyon Kaynağı LEBT RFQ
LEBT Tasarım Hedefi İyon kaynağından çıkan demeti RFQ ya eşleyebilecek solenoid mıknatısların manyetik alanını belirlemek. Demetin solenoid mıknatıslar ile eşlenmesi sırasında ne kadar büyüdüğünü görmek. Böylece solenoid mıknatısların tasarımı için çok büyük öneme sahip olan açıklık yarıçapını bulmak. Neler gerekli? RFQ tasarımı. Girişteki demet parametreleri (Benzetimlerden). İyon kaynağı tasarımı. Çıkıştaki demet parametreleri (Benzetim ya da ölçümlerden).
LEBT Tasarım Yöntemi IBSimu İyon kaynağı çıkışında demet elde edildi. Travel Delta LEBT ten demeti geçirildi. Sert kenarlı (Hard Edge) Solenoidler ile. RFQ girişinde istenilen paremetreler için Travel tekrar tekrar koşturuldu.
LEBT Benzetime Hazırlık - I H+ demeti @ iyon kaynağı çıkışı
LEBT Benzetime Hazırlık - II RFQ demet kabulu Eşlenecek demet bu elips alanının içine oturmalı!
LEBT Tasarımları 10 cm 1 30 cm 15 cm 50 cm 15 cm 20 cm 2 30 cm 15 cm 50 cm 15 cm
LEBT Benzetim Sonuçları - I 10 cm 1 30 cm 15 cm 50 cm 15 cm RFQ Giriş 2830 Gauss 2940 Gauss
x_rms (m) RF DÖRT-KUTUPLUSU İÇİN DÜŞÜK ENERJİLİ DEMET TAŞIMA HATTI TASARIMI LEBT Benzetim Sonuçları - I 10 cm 1 30 cm 15 cm 50 cm 15 cm 2830 Gauss 2940 Gauss RFQ Giriş z (m)
LEBT Benzetim Sonuçları - II 20 cm 2 30 cm 15 cm 50 cm 15 cm RFQ Giriş 2830 Gauss 2480 Gauss
x_rms (m) RF DÖRT-KUTUPLUSU İÇİN DÜŞÜK ENERJİLİ DEMET TAŞIMA HATTI TASARIMI LEBT Benzetim Sonuçları - II 20 cm 2 30 cm 15 cm 50 cm 15 cm 2830 Gauss 2480 Gauss RFQ Giriş z (m)
Sonuç ve Tartışma Görüldügü gibi solenoid mıknatısların manyetik alanları ve en sona konulan sürüklenme boşluğunun uzunlugu ile oynanarak demetin faz uzayının görünümü RFQ demet kabul elipsi içerisinde değiştirilebilir. SOL B < 3 kgauss olduğundan, Integre edilmiş manyetik alanı 0.45 kgauss*m olan iki adet solenoid mıknatısın eşleme için yeterli olacağı görüldü. Tasarım SOL1 (kgauss) SOL2 (kgauss) LEBT 1 2.83 2.94 LEBT - 2 2.83 2.48 B_i= L * B= 0.15 (m) * 3 (kgauss) = 0.45 kgauss*m
x_rms (m) RF DÖRT-KUTUPLUSU İÇİN DÜŞÜK ENERJİLİ DEMET TAŞIMA HATTI TASARIMI Sonuç ve Tartışma O zaman, L=15 cm B=3.2 kgauss ise: B_i= L * B= 0.15 (m) * 3.2 (kgauss) = 0.48 kgauss*m 3 mm @ 60 cm! z (m)
Sonuç ve Tartışma Kabaca konuşursak integre edilmiş manyetik alanı 0.5 kgauss*m olan solenoid mıknatıslar ile böyle bir demetin RFQ ya eşlenebileceği söylenebilir. Demet borusunun yarıçapını (=Solenoid lerin açıklık yarıçapını) bulmak için, E T 10 E rms olduğunu düşünürsek, x T 3 x rms olacaktır. İki LEBT tasarımında da demet boyu herzaman 8 mm den küçük olduğu için, x T 3 8 mm 25 mm olacaktır. 25 mm yarıçaplı bir demet borusu kullanılabilir.
Solenoid Ön-Tasarım Sarım için: Bakır (Cu) kablo, Yarıçapı: 1,4 mm Direnç: 0,002776 Ohm/m Ağırlık: 0,04 kg/m İletkenlik: 5,85E7 S/m Özdirenç: 1,71E-8 ohm*m Açıklık yarıçapı: 25 mm Uzunluk: 150 mm Toplam direnç: 5,84 ohm @ 3160 sarım Solenoid yarıçapı: 190 mm Ağırlık: 85 kg Pik manyetik alan: ~3500 Gauss (@ 15 A)
Solenoid Ön-Tasarım Sonuçlar
Solenoid Ön-Tasarım Sonuçlar Integre edilmiş manyetik alan= 0,5214444 kgauss*m
Yapılanlar/Yapılacaklar İyon kaynağı tasarımı ve teknik çizimler tamamlandı (Üretim aşamasında). IBSimu ve SIMION programları ile iyon kaynağı benzetimleri optimize edilecek. İyon kaynağı üretilip kaynak çıkışındaki demet parametreleri ölçülecek ve bu parametreler kullanılarak eşleme hesapları tekrarlanacak. Tasarlanan solenoid mıknatısın manyetik alan haritası ile eşleme hesapları tekrarlanarak daha etkin eşleme yapılacak.
Teşekkür Bu araştırmada yer alan nümerik hesaplamalar TÜBİTAK ULAKBİM, Yüksek Başarım ve Grid Hesaplama Merkezi'nde (TRUBA Kaynaklarında) gerçekleştirilmiştir.
Dinlediğiniz için teşekkür ederim. ---------------------------------------- o -----------------------------------------