Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı - Indico

Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı Doç. Dr. M. Bilge Demirköz ODTÜ Fizik Bölümü 9 Aralık 2015 CERNTR ToplanDsı Yürüyen Projeleri •  TAEK projesi: Alfa ManyeHk Spektrometresi (AMS-­‐02) Deneyi ile AnH-­‐Madde ve Karanlık Madde Arayışı ve Kozmik Işın Ölçümü, 2012TAEKCERN-­‐A5.H2.P1.01-­‐20, 500 bin TL •  7inci Çerçeve CIG projesi: Search for a Dark Ma[er Signature with the Alpha MagneHc Spectrometer (AMS-­‐02) Experiment, FP7-­‐CIG 2012-­‐01-­‐05-­‐20-­‐00-­‐171), 100 bin euro •  ÖYP-­‐DPT projesi: Parçacık ve Nükleer Fizikte Deneysel Kapasite GelişHrme Projesi BAP-­‐08-­‐11-­‐DPT-­‐2011K121010, 265 bin TL •  Santez projesi: Güç Yükselteç Modülleri için Toplam Doz Etkilerinin AraşDrılması ve Testleri: 0616-­‐STZ-­‐2014, 438 bin TL 2 Astro-parçacık fiziği
π
µ
e
1912: Kozmik ışınların keşfi
Keşfedilen parçacıklar
1932: Pozitron
1947: Pion
1936: Muon (μ)
1949: Kaon (K)
1949: Lambda (Λ)
1952: Xi (Ξ)
1953: Sigma (Σ)
• 
• 
Kozmik “yağmur”
Çoğu güneşten gelen ve ışık hızına çok
yakın giden protonlar
3 Alfa ManyeOk Spektrometresi (AMS) 4 6 5m
x 4m x 3m 300,000 elektronik bilgi kanalı
7.5 ton
650 işlemci
TRD
Silikon takipçi
TOF 1, 2
Mıknatıs
7 Silikon takipçi
Radyatörler
TOF 3, 4
RICH
ECAL
11,000 foton sensörü
Silikon takipçi
5 AMS, Endeavour’un yük odasında
– uzaya fırlatılmaya hazır
Fırlatma rampasında
Endeavour’un Yük
odası kapatılırken
STS-134 ekibi Fırlatma
Rampasına doğru ilerlerken
STS-134’ün fırlatılışına geri sayım
STS-134 fırlatılışı
Mayıs 16, 2011 @ 08:56 AM
10 Endeavour: 110 t External tank: 756 t 2 SRB: 1142 t (solid rocket boosters) Total weight: 2008 t AMS weight: 7.5 t AMS Mekik Uzaktan
Kavrama Sistemi
tarafından
tutuluyor(SRMS)
Mayıs 19, 2011
Mayıs 19: AMS yerleştirmesi 5:15 CDT’de bitiyor, ilk veriler 9:35 CDT’de
13 AMS’in ilk haftasında 100 milyon kozmik ışın verisi alındı.
14 AMS 19 Haziran 2011’den beri CERN POCC’tan
yönetiliyor.
15 MIT, 2001 16 UUİ üzerinde temel bilim Uzaydan gelen iki çeşit parçacık var 1- Nötr kozmik ışınlar (ışık ve nötrinolar)
2- Yüklü kozmik ışınlar
17 AMS: A TeV precision, mulHpurpose spectrometer TRD
TOF
ParOcles a
nd n
uclei are defined by their +
Identify e , e
Z, E
charge (Z) and energy (E ~ P)
1
Silicon Tracker
Z, P
Magnet
±Z
TRD
TOF
2
5-6
7-8
ECAL
E of e+, e-, γ
Tracke
r
3-4
TOF
RICH
9
ECAL
Z, P are measured independently by the
Tracker, RICH, TOF and ECAL
RICH
Z, E
AMS Operations
AMS
Astronaut at ISS AMS Laptop
TDRS Satellites
Ku-Band
High Rate (down):
Events <10Mbit/s>
Flight Operations
Ground Operations
AMS Payload Operations Control and
Science Operations Centers
(POCC, SOC) at CERN
S-Band
Low Rate (up & down):
Commanding: 1 Kbit/s
Monitoring: 30 Kbit/s
White Sands Ground
Terminal, NM
AMS Computers
at MSFC, AL
AMS fiziği: Anti-madde arayışı
AMS on ISS
Evren Büyük Patlamayla başladı.
Büyük patlamadan sonra
eşit miktarlarda madde ve antimadde
oluşmuş olmalı.
AMS 10-20 yıl veri toplayarak,
evrenin kenarına kadar
antimadde olup olmadığını araştıracak
AMS Operations
AMS
Astronaut at ISS AMS Laptop
TDRS Satellites
Ku-Band
High Rate (down):
Events <10Mbit/s>
Flight Operations
Ground Operations
AMS Payload Operations Control and
Science Operations Centers
(POCC, SOC) at CERN
S-Band
Low Rate (up & down):
Commanding: 1 Kbit/s
Monitoring: 30 Kbit/s
White Sands Ground
Terminal, NM
AMS Computers
at MSFC, AL
All of the analysis of AMS data is being performed by
two independent groups
Group A:
RWTH-Aachen, Karlsruhe;
Bologna, Milan, Perugia, Pisa, Rome;
METU-Ankara;
Lisbon; …
Group α:
MIT, Yale, Hawaii;
LAPP-Annecy, Grenoble;
Academia Sinica, NCU;
IHEP-Beijing;
Geneva;
CIEMAT-Madrid; …
e+ /(e+ + e-) Positron fracHon Physics of Positron Fraction
M. Turner and F. Wilczek, Phys. Rev. D42 (1990) 1001;
J. Ellis, 26th ICRC Salt Lake City (1999) astro-ph/9911440;
H. Cheng, J. Feng and K. Matchev, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 211301;
S. Profumo and P. Ullio, J. Cosmology Astroparticle Phys. JCAP07 (2004) 006;
D. Hooper and J. Silk, Phys. Rev. D 71 (2005) 083503;
E. Ponton and L. Randall, JHEP 0904 (2009) 080;
G. Kane, R. Lu and S. Watson, Phys. Lett. B681 (2009) 151;
D. Hooper, P. Blasi and P. D. Serpico, JCAP 0901 025 (2009) 0810.1527; B2
Y–Z. Fan et al., Int. J. Mod. Phys. D19 (2010) 2011;
M. Pato, M. Lattanzi and G. Bertone, JCAP 1012 (2010) 020.
χ + χ → e+ + ….
mχ=800 GeV
mχ=400 GeV
0.1 Collision of C
osmic Rays Dark Ma[er model based on I. Cholis et al., arXiv:0810.5344 10 102 e± energy [GeV] “First Result from the AMS on the ISS: Precision Measurement of the Positron FracHon in Primary Cosmic Rays of 0.5-­‐350 GeV” Selected for a Viewpoint in Physics and an Editors’ SuggesHon [Aguilar,M. et al (AMS CollaboraHon) Phys. Rev. Le[. 110, 1411xx (2013)] 1
front
view
TRD:
identifies
electron
5-6
MAGNET
3-4
ACC
MAGNET
2
Tracker and
Magnet:
measure
momentum
7-8
RICH charge of
electron
9
ECAL: identifies electron
and measures its energy
AMS data on ISS: 424 GeV positron
Positron fraction
AMS-02 (6.8 million e+, e− events)
e± energy [GeV] Uzaydaki Radyasyon Ortamı J. Alcaraz et al. Physics Letters B 472 2000 215–226 (AMS Collaboration)
29 Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı
Bilgi transferi ve testlerin Türkiye’de yapılması konusunda konuştuğumuz kuruluşlar TAI – Mayıs 2012 TÜBİTAK Uzay – Haziran 2012 ASELSAN ve STM – Ekim 2012 TAEK SANAEM’e ve Başkanlığı’na sunum – TAI ve ASELSAN ile ziyaretler – Kasım 2012 SSM’ye proje teslimi tarihi – Şubat 2012 Kalkınma Bakanlığı proje teslim tarihi – Ağustos 2014 MSB ARGE ve İMECE kapsamına alınması – Kasım 2014 Proje Kabul tarihi – Temmuz 2015 30 Radyasyon Etkileri 1) İyonlaştırıcı Etkiler
2) İyonlaştırıcı Olmayan Etkiler (DD) Toplam Doz Etkisi (TID) LET: Lineer Energy Transfer 3) Tekil Olaylar (SEE) Single Event Latchup (SEL) Single Event Burnout (SEB) Single Event Upset (SEU) Single Event Transient (SET)
Single Event Gate Rupture (SEGR) 31 Uzaydaki Radyasyon Ortamı LEO (550 – 1000 km) ~ 1-10 krad (Si) / yıl MEO (1000 – 3000 km) ~ 100-1000 krad (Si) / yıl GEO (36,000 km) ~ 10-100 krad (Si) / yıl 32 Uzaydaki Radyasyon Ortamı GÖKTÜRK 2 Yörünge
: Güneş Eş zamanlı Yörünge
Yörünge Yüksekliği
: ~ 700 km
Dünya Çevresindeki Tur Süresi
: ~ 98 dakika
Günlük yer istasyonu Temas Süresi
: ~ 40 dakika (gündüz+gece)
Global Gözlem Alanı KabiliyeH
: Bütün Dünya Tekrar Ziyaret Zamanı
: Ortalama 2,5 gün
Uydu Kütlesi : < 409 kg.
Görüntü Depolama Kapasitesi
: 8 GB + 32 GB
Siyah -­‐ Beyaz Çözünürlük : 2,5 m
Renkli Çözünürlük
: 5 m Görev Ömrü : 5 yıl 33 Uzaydaki Radyasyon Ortamı Örnek:
TURKSAT 6A
GEO Yörüngede
10 yıl için hesaplandı.
Testler:
300 krad için
yapılacak.
Güvenlik Faktörü: 3 34 Uydular ve GelişOrilen Alt-­‐sistemler 35 ESA/SCC Basic SpecificaOon No:25100 (Tekil Olay Etkileri Test Methodu ve Kılavuzu) •  Radyasyon alanı doz homojenliği: ± 10% •  Protonların kineOk enerjisi: 20 ile 200MeV aralığında •  Akı: 105 p/cm2/s ile en azından 108p/cm2/s aralığında olmalı •  Radyasyona maruz olan alan: 15.40cm x 21.55cm 36 TAEK SANAEM Proton Hızlandırıcı Tesisi 37 from TAEK SANAEM PAF booklet SANAEM PHT Protonları •  KineHk Enerjisi: 30 MeV •  Hızı: c/4 –  Demet haz, izafiyete bağlı olarak hesaplanmalı •  Akımı: 10 μA – 1.2 mA aralığında değişken –  En küçük akım değeri kullanılmalı
•  En düşük akım: 10μA = 6.3 x 1013 p/s –  Radyasyona maruz olan alan: 21.55cm çap –  Akı: 1.7 x 1011 p/cm2/s •  Aynı radyasyona maruz olan alanda 108 p/cm2/s akıyı elde etmek için gerekli olan akım: 5.8nA •  Akının 1/1700 değerine düşürülmesi gerekmekte 38 PHT’de ArGe Odasına Demet Haz İki kutuplu mıknags 5 kollu anahtar mıknags Dört kutuplu mıknags çiileri 39 “Parçacık Radyasyonu Testleri Oluşturma Laboratuarı” projesi •  TAEK’in SANAEM tesisindeki PHT ArGe odasında 30MeV’lik protonları bir “saçılmalı demet haz”ndan geçirerek, uzay ortamı testleri yapılabilir. •  Kullanıcılar: TAI, ASELSAN, TÜBİTAK Uzay •  Proje yardımcısı: CERN •  Danışmanlar –  Prof. Dr. İsmail Boztosun, Akdeniz Üniversitesi –  THM ve Prof. Dr. Ömer Yavaş, Ankara Üniversitesi –  NÜRDAM ve Prof. Dr. Ercan Yılmaz, Abant İzzet Baysal Üniversitesi •  Gelecekte proje ortağı: Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi Makine Sarf Donanım Malzemesi
2,500,000TL
50,000TL
Hizmet Alımı
Seyahat
Yardımcı TOPLAM
Personel
750,000TL 700,000TL 1,500,000TL 5,500,000TL
40 Bragg eğrisi Tesisteki 30MeV’lik protonların silikona vurmasının simulasyonu Geant4 programı ile 30MeV protonlar silikonda sadece 5mm ilerleyebilmektedirler. Bu nedenle sadece bir kart test 41 edilebilir. Demet hal bileşenleri •  5 çıkışlı anahtar mıknaDsın alımı sonrasında, •  DemeH genişletmek için à 2 adet dört kutuplu mıknaDs •  Akıyı düşürmek için à ince saçılma filmleri ve kolimatörler •  Simülasyon programları –  Demet opHği àMAD-­‐X ve Transport –  Parçacık izlemeàTurtle ve G4beamline 42 Güncel demet hal Siklotrondan Ar&Ge odasına kadar olan demet haz G4Beamline Programı ile Saçılmalı demet haz– ODTÜ SDH Soğutucu 25cm helyum Proton demeH 25cm Hedef 25cm 0.2m 0.9m 1.5m Kolimatör açıklığı: 21.55cm x 15.40cm İkinci 2 kutuplu mıknaDs 1.Htanyum ince film 150μm 2.Htanyum ince film Konik kollimatör 150μm 1mm à 2mm 4.7 m Kollimatör Açıklık 1cmx1cm 5. Ve 6. dört kutuplu mıknaDslar Vakum penceresi Htanyum 50μm 43 Hedef numunedeki demet genişliği ve akısı # of protons
En sondaki demet enerjisi = 27 MeV ×103
Mean E Kin= 27.15 ± 0.14 MeV
450
400
350
300
250
200
150
Akı à 7 x 107 p/cm2/s 100
50
0
20
Turtle programı ile 22
24
26
28
30
32
34
EKin(MeV)
44 G4beamline simülasyonu İki kutuplu mıknagslar Dört kutuplu mıknagslar Çevresel doz miktarı FLUKA programı ile 46 SANTEZ Projesi •  Güç Yükselteç Modülleri için Toplam Radyasyon Dozu Etkilerinin AraşDrılması ve Testleri, ASELSAN-­‐ODTÜ ortaklığı •  TAEK’deki Kobalt 60 kaynağı kullanılarak Uluslararası standart ECSS No.22900 takip edilecek •  ASELSAN tara•ndan gelişHrilen KaD Halli Güç Yükselteç Müdülü’nün Yere Eşzamanlı Yörünge’de –  radyasyon analizlerin yapılması –  uygun test düzeneğinin kurulması –  eş zamanlı olarak modül üreHmlerinin yapılması –  modüllere radyasyon testlerinin yapılması –  performans testleri ve raporlama •  Bütçesi: 438 bin TL •  Aralık 2014 – Ağustos 2016 47 Türkiye’nin CERN’e Asosiye Üyeliği 12 Mayıs 2014, CERN 48 Projenin Hukuki Temelleri •  ODTÜ-­‐CERN arasında, Ortak Üyelik anlaşması temel alınarak bir işbirliği anlaşması metni imzalandı. 10/08/2015 •  ODTÜ-­‐MSB arasında proje mutabakat protokolü imzalandı. 13/08/2015 •  ODTÜ-­‐TAEK işbirliği protokolü imzalandı. 19/08/2015 49 “Yer Gözlem Uydu Teknolojilerinin GelişOrilmesi (İMECE) Projesi” IMECE Kapsamında gelişHrilecek olan •  Li-­‐Ion Pil ve kontrol karD •  güneş hücreleri •  çok katmanlı yalıDm ba[aniyesi için radyasyon analiz/testleri yapılacak. 50 İŞ PAKETLERİ TAKVİMİ
İŞ.P.
NO
İP 1
İP 2
İP 3
İŞ PAKETİ TANIMI
1-6
AY
7-12 13-18 19-24 25-30 31-36
AY
AY
AY
AY
AY
ODTÜ SDH’nin hesaplanması
Uzayda kullanılacak malzemeler
için radyasyon miktarının
hesaplanması ve analizinin
yapılması
ODTÜ SDH’nin Kurulumu ve
Çalıştırılması
İP 4
Radyasyon testleri, performans
testleri, testlerin analiz edilmesi ve
sertifikalandırma
İP 5
Radyasyon ölçüm monitörü
geliştirilmesine yönelik kavramsal
çalışma
51 Türk MıknaDs ÜreHcisi •  Sönmez Transformatör •  Oğuz Sönmez, elektrik mühendisi –  Ağustos – Eylül 2013 CERN’de staj •  4 bobin CERN’de test edildi. Testleri geçH. –  SESAME projesi için 150 bobin üre‚ler + boyunduruk tasarımı ve üreHmi 52 Dinlediğiniz için teşekkürler 53