Akademik Veri Yönetim Sistemi
ADIGÜZEL A. (Yürütücü), Çetinkaya H.
TÜBİTAK Projesi, 3501 - Ulusal Genç Araştırmacı Kariyer Geliştirme Programı, 2019 - 2021
Yüklü parçacıklardan elde edilmiş bir demetin, elektrik gerilimiyle hızı arttırılabilir ve mıknatıslarla yönü değiştirilebilir. Demet hazırlamak için en çok kullanılan yüklü parçacıklar elektron ve protonlardır. Hidrojen atomlarından yüksek gerilimle sökülen protonlar, elektrik alanlarla hızlandırılır ve demet haline getirilebilir. Parçacıkları hızlandırmak için ihtiyaç duyulan elektrik alan ise uygulanan yüksek voltaj ile elde edilir. Böylesi parçacık demetleri, TAEK PHT (Proton Hızlandırıcı Tesisi) veya CERN LHC (Large Hadron Collider) gibi her türde parçacık hızlandırıcısında kullanılır. İlgili demetin ilk elde edildiği yer olan iyon kaynakları, hidrojenden kurşuna kadar farklı atomları kullanan tüm hızlandırıcıların ilk kısmını oluşturur. Bunlar sayesinde kütle spektroskopisi, izotop ayrıştırma, iyon aşılama (implantasyon), mikroanaliz ve mikrofabrikasyon gibi birçok konuda yüksek teknoloji ürünü ve alanlarına yenilik getirecek çalışmalar yapmak mümkündür. Benzer bir proje kapsamında üretilecek olan proton hızlandırıcı (RFQ) kovuk ile birleştirildiğinde böyle bir çalışmanın yaygın etkisi esas olarak kanser tedavisinde kullanılabilir bir proton hızlandırıcısı elde etmekten, yarı iletken üretiminde kullanılan iyon aşılama makinalarının yerli üretimine kadar çok geniş bir yelpazede yer alacaktır. Başka uygulama alanlarına örnek olarak çeliğin iyon demeti ile sertleştirilmesi (söz gelimi petrol aramada kullanılan sondaj matkap uçları böyle hazırlanır), yapay eklemlerin yüzeylerinin hazırlanması, optoelektronik alanında yeni kullanılmaya başlanan malzemenin hazırlanması özetlenebilir.
Hızlandırıcıdan elde edilen proton demetinin özelliklerini (demet yükü, demet profili ve demet yayınımı) bilmek demetin hem hızlandırılması hem de kullanılması açısından kritiktir. Demet özelliklerini ölçmek için yoğun ve etkili tanı istasyonları tüm demet yolları için bir gereksinimdir. Ülkemizde Sarayköy Nükleer Araştırma ve Eğitim merkezinde kurulu PHT ve lineer (doğrusal) proton hızlandırıcılarının kurulumu ve operasyonu esnasında da benzer algıçlara oldukça ihtiyaç duyulmuştur. Ayrıca tıp alanında, söz gelimi radyasyon ile kansere etki edecek alanı ve derinliği belirlemek için, bir demetin kesit alanı, parçacık sayısı (akımı) ve demet yayınımı (emittance) ölçümü oldukça önemlidir.
Kullanılacak demetin kaynağı ise hidrojen gazının iyonlaştırılmasından elde edilen protonlardır. İyonların hazırlandığı ve uygun gerilim verilen elektrotlarla dışarı proton çekilen yapıya iyon kaynağı denir. Çıkarılan iyonların odaklanmasını sağlamak için genel olarak elektromıknatıslar kullanılır. Elektromıknatıslar akımlarının dolayısıyla manyetik alanın ayarlanabilir olması bakımından tercih edilseler de yüksek akım gerektirmeleri ve su soğutmasına gereksinim duymaları bakımından sorunludurlar.
Bu bakımdan sunulmakta olan bu projenin iki amacı vardır: 1) 20 keV gerilim altında üretilen artı yüklü hidrojen iyonlarının, yani protonların, özelliklerini ölçecek bir algıç kutusu tasarlayıp üretmek ve bunun verisini inceleyecek bilgisayar yazılımını geliştirmek; 2) kullanılan proton üretecinin özelliklerini iyileştirerek taşınabilir hale getirmektir. Bu çalışmada izlenecek yaklaşım olabildiğince yerli kaynak kullanılması, ilgili parçaların (algıçlar, mıknatıslar vb.) tasarım ve üretimlerinin grubumuzca yapılması ve böylece milli bir proton hızlandırıcı hattı üretilmesidir.
Projenin özgün yanları 1) proton demetinin dışarı alınmasında elektromıknatıs yerine kalıcı (permanent) mıknatıs kullanılması; 2) demetin özelliklerini ölçmek için uzaktan kontrollü bir algıç seti yapılıp demet hattına eklenmesidir.
Bu çalışmalar ile iyon kaynağı, yayınım, demet profili, demet yükü ölçecek algıç istasyonu, yüksek gerilim uygulamaları, vakum odaları ve uygulamaları konularında hem tasarım hem de üretim açısından deneyim kazanılacak, öğrenci ve uzman yetiştirilecektir. Ayrıca bütün elektronik sistemin bilgisayar kontrolü de yerli üretim yazılımla yapılacağından sistem kontrol alanında da ülkemizde süre gitmekte olan konuyla ilgili projelere (örneğin Türk Hızlandırıcı Merkezi, nükleer reaktör vb.) uzman yetiştirilecektir.
Proje yürütücüsü, CERN’de yaptığı yüksek lisans ve doktora tezindeki çalışmalarda parçacık algıçları, bunlardan veri alınması ve bilgisayarla istatistik analiz konularında uzmanlaşmıştır; ancak 3000 kişilik büyük iş birliklerindeki görev paylaşımının doğası gereği, hızlandırıcı tasarım ve işletim konularına odaklanmamıştır. Bu proje sayesinde, ülkemizin ihtiyacı olan yüksek teknolojik zıplamayı gerçekleştirmede dünyada kullanılan iyon kaynakları ve de hızlandırıcılar konusunda yeni yetenekler kazanmayı hedeflemektedir. Ayrıca makine ve elektronik mühendisleri ve hızlandırıcı fizikçilerinden oluşan bir kadro ile disiplinler arası bir çalışma başlatacaktır. Algıç yapımı, bilgisayar kullanımı, sonuçların grafik gösterimi ve analizi konularında bildiklerini diğer araştırmacı ve öğrencilere aktaracaktır.