Ankara Üniversitesi Hızlandırıcı ve Lazer Tesisi

Ankara Üniversitesi Hızlandırıcı ve Lazer Tesisi Turkish Accelerator and Radia3on Laboratory in Ankara (TARLA) Avni Aksoy (TARLA ekibi adına) Ankara Üniversitesi Hızlandırıcı Teknolojileri Ens3tüsü TARLA !
TARLA, esasen Ankara Üniversitesi taraLndan 2006 yılından beri yürütülmekte olan Türk Hızlandırıcı Merkezi Projesinin bir Alt projesidir !
TARLA diğer alt projelerden farklı olarak kurulum aşamasındadır. !
Binası Ankara Üniversitesi’ne ait Gölbaşı yerleşkesinde, Hızlandırıcı Teknolojileri Ens3tüsündedir. !
HTE de kurulmakta olan hızlandırıcı gibi, Ülkemizde hızlandırıcı alanında faaliyet gösteren ilk ens3tüdür. !
Hali hazırda ens3tümüzde 18 çalışan bulunmaktadır. ! 12 teknik personel ! 6 idari personel !
Ayrıca ens3tümüzdeki çalışmalara katkı veren farklı üniversitelerden yaklaşık 10 kısmi zamanlı çalışan bulunmaktadır. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 2/35 TARLA’nın amacı ■ 
Türk Hızlandırıcı Merkezi'nin ilk tesisi olarak planlanan elektron hızlandırıcısı ve buna dayalı ışınım kaynakları tesisi ı  Bu tesiste ; ■ 
15-­‐40 MeV enerjili elektron deme3 ve 25 mm ile 90 mm periyot uzunluklu salındırıcı kullanarak 3-­‐250 μm dalgaboyu aralığında Serbest Elektron Lazeri (SEL) üretmek ve yüksek güçlü (ortalama güç ~ MW ) SEL ile lazer deneyleri yapmak.. ■ 
10-­‐40 MeV enerjili elektron deme3 ve 3 farklı radyatör-­‐kolimatör düzeneği ile 1-­‐30 MeV enerjili Bremsstrahlung radyasyonu üretmek ve nükleer yapı çalışmaları yapmak. ■ 
1-­‐40 MeV enerjili elektron deme3 ile sabit hedef deneylerini yapmak □ 
Bremsstrahlung deneyleri ve lazer uygulama alanlarını genişletmek için elektron deme3 yüksek akımlı olmalıdır. □ 
Yüksek akımlı elektron deme3 ancak ve ancak sürekli modda elektron deme3 sağlayabilen süper iletken hızlandırıcılar ile sağlanabilmektedir. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 3/35 TARLA Yerleşim Düzeni Bremmstrahlung
E = 250 keV E = 250 kEeV =10-20 MeV Eγ =1-30 MeV Q = 80 pCQ = 80 pC
Q =80 pC
E =10-20 EM=10-40 eV MeV I = 1 mA I = 1 mA I = 1 mA Q =80 pC
Q =77 pC
σ = 500 ps σ = 10 ps σ = 2 ps I = 1 mA I = 1 mA σ = 0.4-5 σp=s 0.4-5 ps 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 FEL-2
FEL-1
λ= 19-­‐250 µm λ= 3-­‐20 µm 4/35 TARLA Elektron DemeJ Elektron paketleri kaynak içerisinde bulunan hızlı grid kontrol sistemi ile üre3lir. CW demet 1 mA, 0-­‐40 MeV Koherent IR lazer 3 – 250 µm • materials research
•  biophysics
•  biochemistry
• environment Polarize Bremss 0 – 30 MeV
• Nuclear physics • Nuclear astrophysiscs • Radia3on physics Electrons Makro atma yapısı ise enjektör üzerinde kurulan makro atma kontrolcüsü ile yöne3lir. 13 Eylül 2013 0 – 40 MeV • radio biology • detector studies • materials research İZYEF 2013 5/35 Elektron demeJ parametreleri 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 6/35 Elektron kaynağı ve enjektör !
Enjektör normal iletken teknoloji tabanlı olup ana bileşenleri; !
!
!
250 kV DC termionik tabanca (ELBE tasarımı-­‐TARLA modifikasyonu) 260 MHz and 1.3 GHz paketleyici oyuklar (ELBE tasarımı-­‐TARLA modifikasyonu) 5 solenoid ve 1 adet dipol magnet !
Paketler katooa üre3lir ve tabancayı terk epğinde 250 keV enerjide ve 500 ps uzunluktadır ve CW moddadır !
260 MHz lik alt harmonik paketleyici ve 1.3 GHz’lik ana paketleyici ile paketlere enerji yayılımı verilir ve uzun yol boyunca sıkışması sağlanır. (10 ps) !
Eğer istenirse (diagnos3k modu için gereklidir) sürekli yapıdaki demet makro pulser yardımı ile maktro atmalı yapıya donüştürülür. ( tekrarlama 1 Hz àCW, atma uzunluğu 50 µsà CW) !
Eğer istenirse mikro atma yapısı da katot önündeki grid-­‐pulsing sistemi ile 1.3 GHz in alt harmoniği olacak şekilde değiş3rilebilir.. (25 MHzà 1s) !
SRF oyuktan saçılacak olan field-­‐emission’un katot üzerinde depolanmasını engellemek için tabanca 15 derece bükülerek konumlandırılmışrr. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 7/35 Ana Hızlandırıcı Bölümü !
Ana hızlandırıcı bölümü; !
!
2 adet süper iletken hızlandırıcı modülü Modüllerin arasında konumlanmış manye3k paket sıkışrrma sistemi !
Enjektörden gelen 1 mA elektron deme3 ilk modül ile 18 MeV e kadar hızlandırılır !
Elektron paketlerinin boyu ilk modülü terk epğinde 2 ps mertebesindedir. !
Paket sıkışrrıcı ile elektron deme3 0.4 ps’ye kadar sıkışrrılabilir (ya da 5ps’ye kadar uzarlabilir. !
Paket sıkışrrıcı, maksimum enerjide minimum paket uzunluğunu elde etmek için tasarlanmışrr. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 8/35 Süperiletken ELBE modülü !
Modül iki adet Süperiletken TESLA oyuğunu ih3va eder ve sürekli demet sağlayabilmek için tasarlanmışrr. !
Cryostat'ı ELBE taraLndan tasarlanmışrr ve Research Instruments firması taraLndan lisans anlaşması ile imal edilmektedir. !
Modüldeki süperiletken oyuklar bağımsız RF kaynakları ile beslenebilir. !
Her bir modülde 1mA akım 20 MeV/modül gradyen ile hızlandırılabilir. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 9/35 ManyeJk paket sıkışWrıcı/uzaWcı !
Paketlerin enjektörden ilk SRF oyuğuna geçişinde yakalama problemi oluşmaktadır. (~1.5 MeV enerji kaybı ve pake3n kuyruk – kafa yer değiş3rmesi) !
Standart bir paket sıkışrrıcı kullanmak için pake3n faz uzayının ikinci oyuk ile döndürülmesi gerekmektedir ki bu da ikinci oyukta etkin hızlandırma yapılmamasına neden olur. !
TARLA paketlerini sıkışrrmak için farklı bir manye3k dizinim tasarlanmışrr (R56=+11cm) !
Bu paket sıkışrrıcı ile ikinci oyuk doğrudan hızlandırma için kullanılır ve enerji kaybı olmaz. !
Eğer paketler uzalrlmak istenirse ikinci oyuk faz uzayını döndürmek için kullanılır. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 10/35 TARLA RF – Sistemi, Blok diyagram 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 11/35 RF yükselteçler !
Herbir SRF oyuk 18 kW güç ileten karhal yükselteçleri ile beslenecek3r. !
Klystron veya IOT’lere göre basit ve daha ucuz olan bu yükselteçler için SigmaPhi firması ile sözleşme aşamasındayız 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 12/35 Düşük seviye RF kontrolcüler !
Bütün oyukların sürülebilmesi için gerekli olan sinyalizasyon sistemidir. !
Oyukların doğru frekans – faz – gradyen de çalışrğını kontrol eder. !
Jafferson Lab ile TARLA LLRF sisteminin geliş3rilmesi üzerine proje sürdürülmektedir. !
Projenin bütçesi yaklaşık 350k$ 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 13/35 Helyum Soğutma sistemi !
He soğutma sistemi için Fransız Air Liquide firması ile sözleşme yapılmışrr. !
Sistemin ana bileşenleri !
!
!
!
!
!
!
Sistemin Kapasitesi !
!
!
210 W @1.8K 16 mbar ± 0.2mbar Sistemin borulaması, gaz helyum kısmı, su soğutma sistemi, sıvı nitrojen kısmı TARLA ekibinin sorumluluğundadır.. !
!
!
13 Eylül 2013 Helium refrigerator (4 K box) Distribu3on Box (2 K box, housing cold compressors) Two compressors Warm vacuum pump sta3on Oil remover, transfer lines vaporizer etc.. Sözleşme tarihi Ağustos 2012, Teslim tarihi Mayıs 2014 İşle3me alma tarihi Ağustos 2014 İZYEF 2013 14/35 Serbest Elektron Lazeri üreJmi !
3-­‐250 µm dalgaboyu aralığını taramak için iki adet salındırıcı sistemi kullanmayı amaçlamaktayız !
!
U90; 90 mm periyot uzunluğuna sahip salındırıcı magnet U25; 25 mm periyot uzunluğuna sahip salındırıcı magnet !
Deme3n salındırıcılara sokulması için 30° akroma3k demet hatları kullanılacakrr !
Salındırıcılar özdeş rezonatör sistemlerinin merkezine konumlandırılacakrr. !
Uzun dalga boyu elde etmek için rezonatör sistemine dalga kılavuzu kurulması gerekmektedir. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 15/35 Salındırıcı Magnet tasarımı 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 16/35 DemeJn Salındırıcı magnetlere ileJlmesi !
16 ve 38.5 MeV enerjili deme3n maksimum ve minimum salındırıcı şidde3ne göre U25 (üst) ve U90 (alt) magnetlere ile3lmesi 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 17/35 Salındırıcı girişinde demet faz uzayları !
TARLA demet ha•nın en önemli özelliği maksimum enerjide minimum paket boyunun (maksimum pik akım) elde edilmesidir. !
Simülasyon sonuçları maksimum ve minimum paket boyları için ve farklı enerjilerdeki deme3n salındırıcı girişinde faz uzaylarını göstermektedir. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 18/35 SEL hesaplamaları !
Farklı salındırıcılardan elde edilebilecek lazerin dalga boyu !
Farklı salındırıcılar için tek geçiş lazer kazancı 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 19/35 Salındırıcı -­‐ Rezonatör ve Beklenen SEL parametreleri 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 20/35 Önerilen SEL uygulamaları !
Önerilen SEL istasyonları !
!
!
!
!
Kullanıcı grupları !
!
!
!
!
!
IR spectroscopy lab. SFG-­‐PP lab. Bio-­‐Micro Spectroscopy lab. Material research lab. Ankara Üniversitesi Gazi Üniversitesi Bilkent Üniversitesi ODTÜ Kocaeli Üniversitesi.. Her bir odada 0-­‐100 W SEL yanında SEL ile senkronize (Δσ<100 fs) 700 – 1000 nm dalga boylarında ! Ti-­‐sapphire laser ! Nd:Yag laser lazer kaynağı mevcut olacakrr. 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 21/35 Elektron kaynağı ve paket oluşturma sistemi test düzeneği 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 22/35 Tabanca test düzeneği 300kV izolasyon
voltajı
300 kV
Güç kaynağı
Voltaj bölücü
Pulser
Elektroniği
Valve
FCT / ICT
View Screen
Solenoid
Slit Mask
Peper Pot
I=350 µA
E=198 keV
LSUM2012 İyon pompası
9/30/13 23 Kurşun zırh
Standart ürünler dışında (vakum donanımları ve gerilim kaynakları) tamamıyla OSTİM'de imal edilmişJr İmal edilen parçaların dizaynı ve montajı ekibimiz taraendan yapılmışWr 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 23/35 Test düzeneği kontrol sistemi (LabView) Emre Kazancı
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 24/35 Test düzeneği elektronik R&D Standar pulse üreteci için uzaktan kontorol modülünün eklenmesi Pulser trigger; 1s à 26 MHz, 1 Hzà CW Pulser fall-­‐rise zamanı ve genlik kontrölü için uzaktan kontroller 6 kanallı sıcaklık ölçüm ve kontrol cihazı Burak Koç, A. Aksoy
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 25/35 Mekanik Tasarım Mustafa Yıldız, Çağlar Kaya, A. Aksoy
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 26/35 Mekanik Montaj Mustafa Yıldız, Çağlar Kaya, A. Aksoy
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 27/35 Demet Hah Elemanlarının tasarımı Çağın Polat, Çağlar Kaya, A. Aksoy
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 28/35 Kontrol Sistemi !
TARLA kontrol sistemi EPICS tabanlı olması amaçlanmaktadır. Experimental Physics and Industrial Control System EPICS Argone Laboratuarı taraLndan geliş3rilmiş, açık kaynak kodlu gerçek zamanlı çalışabilen ve dünyada yaygın olarak kullanılan bir kontrol yazılımıdır Yasemin Barutçu, Sinan Kuday
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 29/35 Radyasyon Güvenliği Kontrollü Giriş TLD/OSL Personel Dedektörü Kamera ve Sesli Uyarı Sistemi Sabit Nötron Dedektörü Kontrol Butonları Sabit İyonizasyon Odaları Personel Dozimetre Kontaminasyon Monitörü Sabit Geiger Müller Dedektörü Vahap Karakılıç
13 Eylül 2013 Taşınabilir Gama Dedektörü İZYEF 2013 30/35 Tesis için gerekli yazılımlar.. Sinan Kuday, Ayhan Aydın, Stajyer Öğrenciler
13 Eylül 2013 İZYEF 2013 31/35 Proje YöneJm !
!
Birçok cihaz birbirine doğrudan bağlı ve hemen hemen hepsi farklı imalatçılardan temin edilebilmekte Cihazlar TARLA’ya özgü tasarım olduğundan, temin, kurulum, test etme ve devreye alma süreçlerinin planlanması gerekmekte Organizasyon Microso‡ Project Manager programı ile Project Manager olarak görevlendirilen Özlem KARSLI taraLndan yapılmakta 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 32/35 Yol haritası ■ 
□ 
□ 
□ 
□ 
□ 
■ 
■ 
2013 Binada eksikliklerin giderilmesi Enjektör sisteminin tamamlanması LLRF ve RF yükselteçlerin siparişi Demet ha• elemanlarının imalar/
siparişi He sistemi için altyapının tamamlanması 2014 □ 
□ 
□ 
□ 
□ 
□ 
He sisteminin kurulumu ■ 
Hızlandırıcı modüllerin kabulü RF sistemlerinin kabulü ve kurulumu Enjektör sisteminin testlerinin tamamlanması SEL ha• elemanlarının siparişi SEL Deney odalarında masa-­‐üstü lazer çalışmaları 2015 □ 
□ 
□ 
□ 
Hızlandırıcıların demet ha•na yerleş3rilmesi Ana hızlandırıcı bölümü demet ha•nın kurulması İlk yüksek enerjili demet test ve 40 MeV enerjiye çıkılması SEL ha• elemanlarının kabulü ve kurulumu 2016 □ 
□ 
□ 
SEL ha•nın kurulumu Deme3n salındırıcılardan geçirme testleri ve ilk lazer üre3mi Senkronizasyonun tamamlanması Mavi renkli kısımlar için ek bütçe talep edilmiş olup ilave insan gücü
gerektirmektedir
33/35 Sonuç !
TARLA tesisi TAC Projesinin ilk adımı olup, Ükemizde ve bölgemizde ilk Hızlandırıcı tabanlı kullanıcı laboratuarı olacakrr. !
Proje kapsamında tamamlanan adımlar ! Hızlandırıcı teknolojileri ens3tüsü kuruldu ! TARLA tesisinin teknik tasarım raporu %90 oranında tamamlandı. ! Hızlandırıcının konumlandırılacağı bina %90 oranında tamamlandı (altyapı eksiklikleri gideriliyor) ! Türkiye'nin ilk CW, yüksek akımlı, paketli elektron tabancasını imal edildi. ! 11 Nisan 2013 tarihinde ilk elektron deme3ni üre3ldi ! Tesisin en önemli iki bileşeni olan Süper iletken hızlandırıcı modülleri ve He soğutma sistemi imalatları devam etmekte. !
Tabancanın test süreçleri devam etmekte ! Bazı yüksek gerilim problemlerini çözmeye çalışıyoruz. !
Binada yapılacak altyapı düzeltmeleri ! Elektrik sistemi (~2 MW online UPS, Jeneratör, Trafo sistemi) ! Radyasyon bacası, radyoak3f bölge kapıları .. ! He soğutma sistemi için altyapı düzenlemesi 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 34/35 Disiplinler arası işbirliği Makine Mühendisliği
●  Mekanik tasarım
●  Cyrogenics
●  Elektromekanik
●  Vakum
●  Isıtma soğutma
●  İklimlendirme
●  R&D
Hızlandırıcılar
Bilgisayar Mühendisliği
●  Kontrol yazılımları
●  Görüntüleme
● 
●  Gerçek zamanlı sistemler ● 
●  R&D
● 
●  Networking
● 
●  Güvenlik
● 
●  ....
● 
● 
● 
● 
Kullanım potansiyeli
Yüksek enerji fiziği
Nükleer fizik
Malzeme
Lazer
Ziraat
Tıp/sağlık
Biyoteknoloji
Nanoteknoloji
NEREDEYSE HERŞEY….
Elektrik/Ektronik Müh
●  RF elektroniği
●  HP RF
●  Kontrol elektroniği
●  Görüntüle donanımları
●  Yüksek gerilim
●  Satabil tesisat
●  ....
Fizik
●  Demet fiziği
●  Lazer fiziği
●  Elektrodinamik
●  Malzeme
●  Radyasyon
●  R&D
●  ....
35/35 !
Emsalleri ile kıyaslandığında finansal açıdan oldukça düşük ölçekte bütçeye sahip olan TARLA projesi (TARLAè~25 M€+7M€, ELBEè ~100M€) finansal açıdan yeterince desteklenmesine rağmen, sadece finansal destek böyle bir projenin başarılı sonuçlanması için yeterli değildir. !
Bu proje ülkemizin projesi olup, Bilim ve Mühendislik camiasından siz değerli bilim insanlarının desteği bizim açımızdan oldukça büyük önem taşımaktadır. Teşekkürler! 13 Eylül 2013 İZYEF 2013 36/35