Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı...
Transcript of Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı...
![Page 1: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/1.jpg)
Hızlandırıcı FİzİĞİ-2
Veli YILDIZ(Veliko Dimov)
30.01.2019
1
![Page 2: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/2.jpg)
İçerik
• Hızlı bir tekrar.• Doğrusal hızlandırıcılar• Doğrusal hızlandırıcılarda kullanılan bazı yapılar.• Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma• Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri
• Döndürgeç (cyclotron)– Zayıf odaklama
• Eşzamanlayıcı (synchrotron)– 4-kutuplulu mıknatıslar ile güçlü odaklama– Eşzamanlayıcı ışıması
• Modern hızlandırma teknikleri– Plazma hızlandırıcıları
2
![Page 3: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Hızlanma mümkün mü?
![Page 4: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/4.jpg)
EM dalga
4
İletken bir yapı içerisinde ilerleyenelektromanyetik dalganın elektrikve manyetik alan yönleri geometrive frekans tarafından belirlenir.
![Page 5: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/5.jpg)
RF kovuğu (Davul kovuk-Pill box
cavity)
5
𝑓𝑅𝐹 =1
𝑟
![Page 6: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/6.jpg)
Kovuğu rf İle doldurmak
6
•Antenlerle manyetik indükleme•Veya RF penceresi ile (iris)
dalga klavuzu
eşeksenli kablo
![Page 7: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/7.jpg)
7
![Page 8: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/8.jpg)
RF hızlandırıcılar
8
![Page 9: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/9.jpg)
Lorentz kuvveti
Ԧ𝐹 = 𝑞(𝐸 + Ԧ𝑣 x 𝐵)
• Ԧ𝐹 = 𝑞𝐸 Sadece elektrik alan varsa (RF kovuklarinda)
• Ԧ𝐹 = 𝑞 Ԧ𝑣 x 𝐵 → Sadece manyetik alan varsa
(miknatislarda)
9
![Page 10: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/10.jpg)
Dogrusal hizlandiricilar
10
![Page 11: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/11.jpg)
Farklı hızlarda farklı yapılar
11
Örnek:LIGHT hızlandırıcısı (Linac for Image Guided Hadron Therapy)
![Page 12: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/12.jpg)
DTL tankının bileşenleri
Sürüklenme tüpleri
Odaklayıcı mıknatıslar
Vakum açıklığı
RF girişi
![Page 13: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/13.jpg)
Normal iletken kovuklar
13
![Page 14: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/14.jpg)
Süperiletken yapılar
14
Süperiletken eliptik kovuklar geneldeyüksek enerjiler için
![Page 15: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/15.jpg)
Elektron doğrusal hızlandırıcıları proton
hızlandırıcılarından farklıdır
• Protonlarda genelde durağan dalga kovukları kullanılır
• Elektronlar hafif oldukları için çok çabuk relativistik hızlara çıkarlar. (kovuk tipinin seçiminde hız en önemli faktörlerden biridir).
• Elektron doğrusal hızlandırıcılarında yüksek frekanslar kullanılır (GHz mertebesinde)!
• Elektron hızlandırıcılarında genelde yürüyen dalga kovukları kullanılır.
15
![Page 16: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Elektron vs. proton
![Page 17: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/17.jpg)
Durağan dalga ve yürüyen dalga kovukları
• Durağan dalga • Yürüyen galga
17
![Page 18: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/18.jpg)
Duragan ve ilerleyen dalga ile hızlanma
18
![Page 19: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/19.jpg)
Dalga klavuzu: RF üretecinden elektromanyetik
dalgayı RF kovuğuna taşır
19
![Page 20: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/20.jpg)
Yürüyen dalga kovukları
20
EM dalganın faz hızını azaltmak için silindirin içine diskler yerleştirilmiştir!!!
SPS
![Page 21: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/21.jpg)
Elektron kaynakları
21
• Metalleri yüksek sıcaklıklara çıkarttığımızda elektron saçmaya başlarlar (thermionicemission)
![Page 22: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/22.jpg)
Elektron kaynakları
22
• Metellerin üzerine güçlü bir lazer gönderdiğimizde metaller elektron yayar.
![Page 23: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/23.jpg)
Dairesel hızlandırıcılar
23
![Page 24: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/24.jpg)
Döndürgeç (cyclotron)
• D şeklinde metal levhalar arasında elektrik alanda parçacıklar hızlandırılır.
• Bütün sistem bir elektromıknatısın içindedir.
• Sabit hızlı parçacıklar manyetik alanda dairesel yörüngede hareket ederler fakat parçacıkların hızları arttığı için döndürgeçte bu yörünge spiraldir.
24
![Page 25: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/25.jpg)
Döndürgeçte eşzamanlılık nasıl
sağlanır?
• Manyetik alanda parçacıklar merkezi kuvvet etkisinde dairesel yörüngede hareket ederler.
• Merkezi kuvvet =merkezkaç kuvveti
25
Parçacığın izlediği yörüngenin yarıçapı:
Parçacığın bir dönüş için harcadığı zaman (dönme periyodu):
Hızdan bağımsız: parçacıkların hızı artsa bile dönme frakansı değişmiyor.
![Page 26: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/26.jpg)
Döndürgeçte eşzamanlılık nasıl
sağlanır?
• Parçacıkların dönme frekansına eşit bir frekansa sahip alternatif akım kaynağı kullanarak bu işi kıvırırız!
• Klasik formulleri kullandık!!!
• Yüksek hızlara çıkarsak üretecin frekansını parçacıkların hızına göre ayarlamamız gerekli.
• Parçacıkların dönme peridu artıyor. Eşzamanlılığı korumak için üretecin frekansı azaltılmalı.
26
𝛾
![Page 27: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/27.jpg)
İlk döndürgeç
• Ernest Lawrence ve öğrencisi M. Stanley Livingston tarafından gelirtirildi.
• İlk başarılı deneme 1931 yılında
• 1,8kV luk üreteç kullanarak protonları 80keV e kadar hızlandırdı.
27
11,5 cm çapında
![Page 28: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/28.jpg)
Parçacıklar aşağı yukarı hareket edip D lere
çapmıyor mu?
Yandan görünüş!
Parçacıklar manyetik alan çizgilerinin şişkinliği sayesinde dikey eksende odaklanıyor!!!
![Page 29: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/29.jpg)
Döndürgeç örnekleri
Medikal alanda (kanser terapisinde) kullanılan bir döndürgeç.
![Page 30: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/30.jpg)
Eşzamanlayıcı (synchrotron)
30
• Parçacıkları RF kovuklarında hızlandırıp bükücü mıknatıslar sayesinde sabit bir yörüngede tutan dairesel hızlandırıcı tipi.
• Ilk elektron eşzamanlayıcısı: 1945
• İlk proton eşzamanlaıyıcsı: 1952
• LHC: En büyük en güçlü eşzamanlayıcı!!!
• Eşzamanlayıcı ile parçacıkları diğer hızlandırıcılara göre daha yüksek enerjilere çıkarabiliriz!!!
![Page 31: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/31.jpg)
PARÇACIK HIZLANDIRICILARI
31
![Page 32: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/32.jpg)
PARÇACIK HIZLANDIRICILARI
32
Hızlandırma birimleri (FR kovukları)Elektrik alan ile parçacıklar hızlandırılır
Bükücü MıknatısManyetik alan sayesinde parçacıkların yönünü değiştirir
Odaklayıcı mıknatıslardaManyetik alan yardımı ile demet odaklanır
![Page 33: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/33.jpg)
4-kutuplular ile odaklama
33
• Hızlandırılan parçadık demetindeki parçacıklar aynı yüklü olduğu için birbirine itme kuvveti uygular.
• Bu itme kuvveti sebebiyle demet dikine eksende yayılmaya başlar.
• Parçacıkların demet borusuna çarpmaması için odaklanması gerekir!!!
![Page 34: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/34.jpg)
Sadece manyetik alan varsa
F= qvxB
1952
4-kutuplular ile odaklama
F= q(vxB + E)
![Page 35: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/35.jpg)
4-kutuplular ile odaklama
35
• Odak uzaklıkları aynı (f) olan bir ince kenarlı ve bir kalın kenarlı merceği arka arkaya koyarsak aradaki uzaklık d < f şartını sağladığı sürece bu iki merceğin yaptığı toplam etki odaklayıcıdır!!!
• Hızlandırıcılarda birbiri ardına gelen 4-kutuplu mıknatıslar birbirine göre 90 derece döndürülmüştür.
d
![Page 36: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/36.jpg)
Parçacıklar ile RF elektrik alanın
eşzamanlılığı
• Parçacıkların değişen elektrik alanlar ile eşzamanlılığını sağlamak için parçacıkların (hızlandırıcı etrafında) dönme frekansı ve RF frekansı arasında bir ilişki olmalı.
𝒇𝑹𝑭 = 𝒉 ∗ 𝒇𝒅ö𝒏𝒎𝒆
• Parçacıklar hızlandırıldıkça:– Büküçü mıknatısların manyetik alanları
arttırılır.– RF kovuklarındaki RF alanların frekansı
arttırılır.
• RF kovuklarının frekansını belirli aralıkta değiştirebiliriz. Bu sebeple eşzamanlılardan önce parçacıkları belirli bir enerjiye çıkartmak icin doğrusal hızlandırıcı bulunur.
36
![Page 37: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/37.jpg)
Eşzamanlayıcıların limiti
• Proton eşzamanlayıcıların parçacıkları çıkarabileceği maksimum enerji bükücü mıknatıslara bağlıdır.
• RF kovuklarından parçacıkları birçok kez geçirip hızlandırabilirim fakat parçacıkları bükecek güçte mıknatısa sahip degilsem parçacıklar demet borusuna çarparlar.
• Elektron eşzamanlayıcılarının limiti eşzamanlayıcı ışınımı sebebi ile daha düşüktür.
– Yüklü bir parçacık ivmelendiği anda ışınım yaparak enerjisinin bir kısmını elektromanyetik dalga olarak etrafa yayar.
– Düşük kütleli parçacıklar daha fazla ışınım yapar
37
LEP
![Page 38: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/38.jpg)
Eşzamanlayıcı ışınımı
38
Günümüzde elektron eşzamanlayıcıları ile eşzamanlayıcı ışıması elde edenbirçok merkez var!!!
General Electrics (1947)
70-MeV elektron eşzamanlayıcısı
![Page 39: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Plazma hızlandırıcıları
• Hızlandırılmış bir demet (sürücü demet) veya lazer sayesinde plazma uyarılır.
• Uyarılmış plazma çok yüksek elektrik alan yaratır.
• Plazmanın elektrik alanında ana demet hızlandırılı.
https://cds.cern.ch/record/2203628/plots
![Page 40: Temel Hizlandirici Fizigi · •Yürüyen dalga kovukları ve elektron hızlandırma •Bazı dairesel hızlandırıcı çeşitleri •Döndürgeç (cyclotron) –Zayıf odaklama](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022040223/5e5624dd45aef01ed41bd94d/html5/thumbnails/40.jpg)
Teşekkürler!
40
Sorular ?