slides - Indico

Yorumlar

Transkript

slides - Indico
THM-YUUP Projesi
Genel Değerlendirme Çalıştayı
19-20 MART| 2015 | HTE, ANKARA ÜNİVERSİTESİ
TURKPRO Tesisinin Araştırma
Potansiyeli, Kullanıcı Profili ve
Üreteceği Katma Değer
Emel Alğın
Eskişehir Osmangazi
Üniversitesi
İçerik
• Proton demetlerinin kullanım alanları
• THM-PHT kullanıcı potansiyeli araştırması ve çalıştaylar
• Revize THM-PHT deney istasyonları
• THM-PHT düşük enerji bölgesi uygulama alanları
• THM-PHT yüksek enerji bölgesi uygulama alanları
• THM-PHT’nin Türkiye için önemi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Parçacık hızlandırıclarının 3 temel uygulama alanı
• Bilimsel araştırmalar
• Tıbbi uygulamalar
• Endüstride uygulamalar
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Yüksek güçlü hızlandırıcı tarihi
• Hızlandırıcılar ~ MW demet deneyiminde
– PSI: 600 MeV cyclotron, 1.3 MW
– SNS 925 MeV superconducting linac , 1 MW
– LANSCE: 800 MeV copper linac, 800 kW
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Proton ışınlarının kullanımı ve uygulama alanları
(1 keV-1 TeV 1nA-100 mA)
• Endüstriyel ve Savunma Uygulamaları
(10 keV - 10 MeV, 1nA-30 mA)
• Uzay Uygulamaları
(2 MeV - 900 MeV, 1nA-4nA)
• Biyolojik ve Tıbbi Uygulamalar
(3 MeV-4GeV, 10nA-30 mA)
• MW ışını kullanım alanları (RNB, ADS vb)
(300 MeV-3 GeV 600μA-30 mA)
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
TAC-PAF
THM-PHT Kullanıcı Potansiyeli Araştırması
•
İlk proton kullanıcı potansiyeli araştırması, 6 Mayıs-28 Mart 2012
döneminde gerçekleştirildi.
•
Davet ve bilgilendirme mektupları daha çok sağlık alanında yaklaşık 600
kişiye gönderildi. Yaklaşık 100 kişiden cevap alındı ve bunların 30’u
düzenlenen çalıştaya katıldı.
•
“Workshop on Turkish Accelerator Center Proton Accelerator Facility Machine and Research Potential” isimli çalıştay 7-8 Mayıs 2012 de
gerçekleştirildi.
•
Çalıştaya daha çok Radyasyon Onkolojisi, Nükleer Tıp ve Sağlık Fiziği
alanlarından katılımlar oldu.
•
Bu çalıştay sonrasında yeni LINAC ve deney istasyonları belirlenmiştir.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Çalıştay önerileri
• TAEK-PHT, THM-PHT için bir test tesisi olarak AR-Ge amaçlı
kullanılması
• TAEK-PHT, THM-PHT ve tıp alanından kişiler ile ortak Nükleer Tıp
Eğitim ve Araştırma Merkezi kurulması
• TAEK-PHT’nin radyofarmasötiklerin geliştirilmesi amaçlı kullanılması
• TAEK-PHT’nin Türkiye’de medikal uygulamalar için radyoizotop
üretiminde yeterli kapasiteye sahip olduğu
• >30 MeV üzeri radyoizotop üretiminde THM-PHT’nin
kullanılabileceği
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
İkinci Kullanıcı Potansiyeli Çalıştayı
•
•
•
•
“Ulusal Proton Hızlandırıcı Çalıştayı” isimli çalıştay, endüstri,
malzeme bilimi vs. alanlarında kullanıcı potansiyelini
belirlemek üzere TAEK-PHT ile birlikte 18-19 Nisan 2013
tarihlerinde SANAEM’de düzenlendi.
Çalıştayda hali hazırda kurulu olan ve kurulması planlanan
proton hızlandırcıları hakkında bilgilendirme yapıldı.
Çalıştayda, kullanıcı potansiyeli ve yol haritası belirlenmesi
üzerine çalışıldı.
Üniversite ve çeşitli enstitülerden yaklaşık 80 kişi katıldı.
Çalıştayda 19 bildiri ve 9 poster sunuldu.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Çalıştay sonuçları
•
•
•
•
•
•
TAEK-PHT Ar-Ge deney odasının, uzay
uygulamaları ve mikrodemet uygulamaları için
önemi vurgulandı.
THM-PHT projesi altında hadron tedavisine
yönelik Ar-Ge çalışmalarının gerekliliği vurgulandı.
Genel olarak, THM-PHT’nin nötron spalasyon
kaynağı ve nötron uygulamaları için önemi
tartışıldı.
TAEK-PHT’nin de nötron üretimine olanak
sağlayabileceği tartışıldı.
Hızlandırıcı güdümlü sistemler ve bunun dünya
ölçeğinde geleceği bir başka çalıştayda tartışılmak
üzere ertelendi.
Hızlandırıcı teknolojileri üzerine personel eğitimi
ve bunun önemi vurgulandı.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-Proton Hızlandırıcısı Deney İstasyonları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-PHT Düşük enerji muhtemel uygulama alanları
•
•
•
•
•
•
•
Endüstriyel ve Savunma Uygulamaları
Uzay Uygulamaları
Malzeme Bilimleri
Nükleer fizik
Biyolojik ve Tıbbi Araştırma
İzotop Üretimi
Proton Terapisi-AR&GE
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Nötron Radyografi
•
•
•
Bu yöntem malzeme görüntüleme teknikleri
arasında en gelişmiş olanıdır.
Özellikle X-ışınlarına göre maddelerdeki
giriciliği oldukça yüksektir.
Ağır metallerin iç yapısını anlamakta en
etkili yöntemdir.
Uygulamalar:

Biyoloji – Bitkiler, fosil örnekleri

Elektronik, Elektrik Mühendisliği – Devre anahtarları, izolatörler,
piller

Hava ve Uzay Sanayi

Enerji Depolama – piller, yakıt hücreleri

Otomobil Endüstri – Motorlar, dökümler, kompozit malzemeler

Nükleer Endüstrisi – Yakıt elemanları

Silah Sanayi – Ateşleyiciler

Arkeoloji – Bronz veya demir örnekleri, tarihi eser incelenmesi

Petrol ve Gaz Arama

Türbin motorları, türbin bıçakları, problar
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Nötron Radyografi Tesisi Fiziksel Öntasarımı
(N. Hafızoğlu)
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Uzay Uygulamaları
(1MeV-900 MeV,1nA-4nA)
•
•
•
•
•
Uzay radyasyonu proton demetleri ile
üretilebilir. Uzay radyasyonu enerjisi eV den
1020 eV kadar değişen birçok parçacıktan
oluşmaktadır.
Yüksek enerjili protonlar uzay aracındaki
yarıiletken malzemelere ve bileşenlere zarar
verebilir.
Astronotlar üzerindeki radyasyonun biyolojik
etkilerini araştırmak için önemli olacaktır.
TUBİTAK-UZAY ilk uydusunu gönderdi (RASAT)
Bilkent Üniversitesi, Uzay Teknoloji Araştırma
Merkezi bulunuyor.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Uzay Uygulamaları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Malzeme Bilimi
Mikrodemet uygulaması
1 µm dan küçük noktasal proton
demeti malzeme bilimi, tıp ve
biyoloji vb. alanlarda
kullanılmaktadır
• Hidrojen yoğunluk belirleme
• Proton Litografi
• Nano-yapılar
• Çevresel: atmosferik
aerosoller
• Kültürel miras: arkeolojik
örnekler
• Malzeme bilimi: ince filmler,
çok tabakalılar, detektör
performansı
• Biyoloji: bitki kökleri
• Medikal: kan damarları, deri
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Güney Kore PEFP projesi mikrodemet öntasarımı
THM-PHT Mikrodemet Tasarımı
(A. Kılıçgedik)
Proton Demeti
(20 MeV)
Slit
Slit
Enerji Degrader
(<2.21 mm)
20 cm
Slit
25 cm
Kuadrupol
Magnet
PIXE için Si(Li) Detektör
100 cm
Hedef
Kolimatör
43.8 cm
RBS için SSB Detektör
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
DEMET PARAMETRELERİ
Enerji (MeV)
20
Frekans (Mhz)
350
0.23/0.24/0.14
α
-1.68/2.80/0.56
β (mm/mrad, derece/ MeV)
0.55/1.19/136.8
Kuadrupol
Magnetler
Pole-tip
Field
(Kgaus)
Effective
Lenght
(cm)
Pole-tip
radius of
aperture
(cm)
Q1
+4.626
12.6
2.6
Q2
-5.800
12.6
2.6
Q3
+4.326
12.6
2.6
Slitler
Yarı açıklık
Düşey
0.5 mm
Yatay
0.2 mm
Yatay
1 mm
0.8 mm
Kolimatör
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
İyon Demeti Teknikleri
MeV enerjili iyonların madde ile etkileşimi malzeme içeriğinin görüntülenmesi ve
mikroanalizine olanak sağlar. Bu metodlar:
•
•
•
•
•
•
PIXE - Proton Induced X-ray Emission: excited X-rays
PIGE - Proton Induced Gamma-ray Emission: gamma-rays from nuclear reactions
NRA - Nuclear Reaction Analysis: outgoing nuclear reaction particles
RBS – Backscattering: elastically scattered ions
ERDA - Elastic Recoil Detection Analysis.
SEI- Secondary Electron Imaging: low energy electrons ejected from outer orbits
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Proton Litografi
MeV enerjili protonlar ile mikroyapının
3D çizimi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Biyoloji ve tıp alanında uygulamalar
• Radyasyon biyolojisi çalışmaları
• Mikroorganizmaların ve bitkilerin mutasyon
çalışmaları
• Kanser hücre çalışmaları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Dünyada bulunan mikrodemet tesisleri
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Dünyadaki Nükleer Mikrodemetler
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Albuquerque, NM, USA, Ion Beam Materials Research
Laboratory, Sandia
Albany, NY, USA, Ion Beam Laboratory
Bhubaneswar, India, Institute of Phisics
Bordeaux, France, Centre d'Etudes Nucleaires de Bordeaux
Gradignan
Bochum, Germany, Ruhr-Universität
Buenos Aires, Argentina, "Tandar" Laboratory
Budapest, Hungary, KFKI Reseasrch Institute for Particle and
Nuclear Physics
Chiba, Japan, NIRS
Cracow, Poland, Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of
Sciences
Darmstadt, Germany, GSI
Debrecen, Hungary, ATOMKI, Institute of Nuclear Research of
the HAS
Denton, TX, USA, University of North Texas
Dharan, Saudi Arabia, KFUPM
Dresden-Rossendorf, Germany, Institute of Ion Beam Physics
and Materials Research
Eindhoven, The Netherlands, TU/e, Accelerator Laboratory
Eugene, OR, USA, University of Oregon
Faure, South Africa, iThemba LABS, The Materials Research
Group
Florence, Italy, INFN LABEC
Guelph, Canada, University of Guelph, PIXE Group
Guildford, UK, University of Surrey Ion Beam Centre
Hyderabad, India, CCCM
Irvington, NY, USA, Columbia University, RARAF
Johannesburg, South Africa, Schonland Research Centre
Kiev, Ukraine, "SPECTR" Laboratory, T.M.M. Company
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Lafayette, LA, USA, Louisiana Accelerator Center, Univ. of Louisiana
Legnaro(Padova), Italy, INFN LNL
Leipzig, Germany, LIPSION
Lisbon, Portugal, ITN, Sacavem, Ion Beam Laboratory
LivermoreCA, USA, LLNL, CAMS
Ljubljana, Slovenia, Jozef Stefan Institute, Microanalytical Center
Los Alamos, NM, USA, LANL, Ion Beam Materials Laboratory
Lower Hutt, New Zealand, Nuclear Microprobe at GNS
Menai, Australia, ANSTO
Lund, Sweden, Lund University, Nuclear Physics
Madrid, Spain, CMAM
Melbourne, Australia, MARC
Melbourne, Australia, CSIRO-GEMOC Nuclear Microprobe
München, Germany, Technische Universität
Paris, France, Lab. de Rech. des Musees (Louvre)
Saclay, France, Lab. Pierre Sue CEA/CNRS
Sevilla, Spain, Centro National de Aceleradores
Shanghai, China, Institute of Modern Physics, Fudan University
Shanghai, China, Shanghai Nuclear Institute
Sendai, Japan, Tohoku University
Singapore, Centre for Ion Beam Applications, National University of
Singapore
• Takasaki, Gunma, Japan, TIARA at JAERI
• Teheran, Iran, Nuclear Research Centre, AEOI
• Zagreb, Croatia, Rudjer Boskovic Institute
Proton Tedavi Ar-Ge (50-250 MeV protons)
• Proton terapi merkezi TAC proton hızlandırıcı tesisi Ar-Ge uygulama
alanı olarak düşünülebilir
• Proton tedavi 50 - 250 MeV arasında enerji aralığında uygundur
• Gözde oluşan tümörler nA lik akıma ve 65-120 MeV enerjiye sahip
protonlar ile tedavi yapıla bilinir.
• 10 cm derinliğinde tüm tümörler kolaylıkla 250 MeV proton
demetleri ile tedavi edilebilir
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Radyoizotop Üretimi
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
THM-PHT Yüksek enerji muhtemel uygulama alanları
• Nötron uygulamaları: Nötron spallasyon
• ADS-Hızlandırıcı sürümlü sistemler
• İkincil demetler
– Radyoaktif iyon demetleri
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Nötronların elde edilmesi – İki yol ile
Fisyon
• Zincir reaksiyonu
• sürekli
• 1 nötron/fisyon
• 180 MeV/nötron
• Ortalama daha yüksek
• nötron yoğunluğu.
Spalasyon
• Zincir reaksiyonu yok
• pulslu
• 30 nötron/proton
• 30 MeV/nötron
• Pik daha yüksek
• nötron yoğunluğu.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Nötronların özellikleri ve kullanımı
• Yüksüz
Derinlemesine nüfuz
• S=1/2 spin
Doğrudan magnetisma probu
• Nükleer saçılma
Hafif element ve izotoplara
duyarlı
Yüksek-Tc süperiletkenlik araştırmaları
Yakıt hücrelerinde Li hareketi
Proteinlerde aktif bölgeler
Elektrik arabalarına fayda
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Daha verimli yüksek hızlı trenler
Daha iyi ilaçlar
Nötron kaynakları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Neden nötron saçılması önemlidir?
• Nötronlar hafif çekirdekler üzerinde
daha yüksek tesir kesitlerine sahiptir
• Işık kaynaklarını tamamlayıcı nitelikte
(x-ışınları)
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Ultra yavaş nötronlar: Temel Fizik
• Parçacık Fiziği
– Elektrik yükü
– Dedektör geliştirme
• Nükleer Fizik
–
–
–
–
ann & apn saçılması
Nükleon-nükleon
Zayıf etkileşme menzilleri
Madde içinde saçılma menzilleri
• Astrofizik/Kozmoloji
– N-N salınımları
– Gravitasyon
– Statik EDM
• < 100 n-eV nötronlar
• Proton demeti
– 1-3 GeV, 1 MW, yaklaşık sürekli modda
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Nötron Spallasyonunun Uygulama Alanları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Nötron Spallasyonunun Uygulama Alanları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
ADS nedir?
Hızlandırıcı Sürümlü Sistem (Accelerator Driven System)
Yüksek güçlü, güvenilir
proton hızlandırıcı
• ~1 GeV demet enerjisi
• ~1 MW demet gücü
Kritikaltı reaktör
• Zincir reaksiyonu dış nötron
kaynağı ile sağlanır
• Çok küçük miktarda aktinit
içeren yakıt kullanabilir
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Spalasyon hedef sistemi
• Ağır metal hedef üzerinde
spalasyon reaksiyonu ile
nötron üretimi
Neden ADS?
Elektrik üretimi
• ADS, Toryum tabanlı yakıt çevrimine
dayanır:
– Uranyumdan daha fazla doğal
bolluk
– nükleer silaha direnç
– uzun ömürlü atıkların önemli
düzeyde azaltılması
• ADS sistemi Th yakıtına dayanır ve fisil
yakıta gerek yoktur
- Th tabanlı yakıtlar aktif olarak
birçok ülkede kullanılmaya başlamıştır
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
ADS – Enerji üretimi (Carlo Rubbia)
• Süreç iki adımda gerçekleşir:
➩Fisil olmayan Toryum, bir nötron
yardımıyla fisil U-233’e dönüştürülür:
➩Fisil U-233 ikinci bir nötron yardımıyla
bölünerek , büyük bir enerjinin yanında
ilave 2.3 yeni neutronların açığa çıkmasını
sağlar.
● Bir parçacık hızlandırıcısı, eksik nötron
miktarını sağlar ve reaksiyonda açığa çıkan
enerjiyi kontrol eder.
● Döngü sonunda, yakıt yeniden işlenir,
atıklar yalnızca fisyon ürünleridir. Bunların
radyoaktifliği yoğun olmasına rağmen
yüzlerce yıl ile sınırlıdır.
● Aktinitler ayrıştırmadan yeniden kullanılır
ve taze Toryuma ilave edilir.
● Döngü, giren malzeme yalnızca doğal
element ve çıkan malzeme yalnızca fisyon
ürünleri olduğunda kapanır.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Radyoaktif atık dönüşümü
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Neden ADS?
Uzun ömürlü nükleer atıkların dönüşümü
• ADS sistemlerinde aktinitlerin yakılmasında
“hızlı reaktör” neutronics kullanılır
– Uzun dönem atık saklama sıkıntısını azaltır
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Radyoaktif İyon Demetleri
• Erken evrende oluşan elementlerin
nükleosentezinin anlaşılmasına yönelik
nükleer reaksiyon çalışmaları
• Supernova patlaması, X-ray burst
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Hızlandırıcı: Farklı bakış açıları
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Sonuç olarak:
• Hızlandırıcılar, ülkelerin bilim ve teknolojilerinin
ilerlemesinde çok önemli rol oynar,
• Yüksek güçlü proton hızlandırıcı ihtiyacı tüm
dünyada gitgide artarken Türkiye de bu konuda
elinden geleni yapmalıdır,
• Hızlandırıcılar oldukça pahalı olup, uzun emek
ve disiplinli çalışma ile gerçekleştirilebilecek
projelerdir.
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi
Teşekkürler
THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi

Benzer belgeler

slides - Indico

slides - Indico Spalasyon hedef sistemi • Ağır metal hedef üzerinde spalasyon reaksiyonu ile nötron üretimi

Detaylı