Helyum Soğutma Sistemi

TARLA’da kullanılan Helyum Soğutma Sistemi, süperiletken radyo frekans (SRF) kavitelerin ~2 kelvin (K) seviyesindeki sıcaklıklarda çalışmasını sağlayarak hızlandırıcı sistemlerinin yüksek verimlilikte ve kararlılıkta çalışmasını mümkün kılar.

🔧 Teknik Bileşenler ve Kapasite:

• Kompresör Ünitesi: Her biri yaklaşık 140 kW gücünde 2 adet vidalı tip helyum kompresörü
• Cold Box 1 (CB1): CB1 tarafında, LN₂ ön soğutması olmadan ~45 L/h ~4.5 K @1.3bar sıvı helyum LHe(I) üretme kapasitesine sahiptir. Sıvılaştırma sonrasında kriyomodüllere gönderilen ve soğuk gücünün bir kısmı kullanılan helyum gaz fazına geçer. Sistemin sıvılaştırma verimini arttırmak maksadıyla geri dönüş hattında ısı değiştiricilerden geçirilir. Soğuk gücü tamamen kullanılan helyum gazı oda sıcaklığında döngüye tekrar dahil olur.
• Cold Box 2 (CB2): CB2, helyumun kriyomodüllere dağıtımından sorumludur. Cold box 1’de sıvılaştırılan helyum (LHe(I)), ısı değiştiriciler ve vakum pompaları ile ~2 K seviyesine indirilmektedir (LHe(II)). Sistem, LN₂ ön soğutması ile beraber ~1.8K@16mbar değerlerinde ~180W soğutma gücüne sahiptir. LN₂ ön soğutma olmaksızın tüm sistem, 40W@1.8K soğutma kapasitesine sahiptir.
• Depolama Tankı: 1 adet 1000 L sıvı helyum tankı
• Transfer Hatları: Vakum yalıtımlı transfer hatları ile cryomodule sistemine sıvı helyum taşınmaktadır.
• Yağ Ayrıştırma Ünitesi: Helyum gazı içindeki nem, yağ ve oksijen gibi safsızlıkları gideren aktif karbon ve moleküler filtre sistemleri

⚙ Operasyon ve Kontrol:

• Sistem, tam otomatik olarak SCADA destekli merkezi kontrol sistemi üzerinden izlenmekte ve yönetilmektedir.
• Tüm prosesler basınç, sıcaklık, debi gibi parametreler üzerinden sürekli izlenir ve alarm koşulları tanımlıdır.
• Kritik alt sistemlerde yedekli tasarım (redundant) prensibi benimsenmiştir.

♻ Sürdürülebilirlik:

• Helyum, nadir ve değerli bir gaz olması nedeniyle sistemde yer alan kapalı çevrim geri kazanım ve saflaştırma birimleri sayesinde ~%90’ın üzerinde verimle yeniden kullanılır.
• Bu sistem, uzun vadede hem çevresel sürdürülebilirlik hem de operasyonel maliyet optimizasyonu sağlar.

Radyo Frekans (RF) Sistemleri

Hızlandırıcı altyapısının temel bileşenlerinden biri, yüksek güç ve düşük seviye radyo frekans (RF) sistemleridir. Yüksek güç RF sistemleri (HPRF) süperiletken ve normal iletken RF kavitelere güç sağlayan sistemlerdir. RF sisteminin şematik yapısı şekilde gösterilmiştir.

TARLA hızlandırıcısında, ortalama 1 mA akım taşıyan bir elektron demeti, 10 MV/m ivmelendirme gradyanına sahip süperiletken yapılar kullanılarak 40 MeV enerjiye kadar hızlandırılacaktır. Bu temel yapılandırma, her biri radyo frekans (RF) gücü sağlayan katı hâl (solid-state) amplifikatörlerle beslenen dört süperiletken TESLA kavitelerinin kullanımını gerektirir. Ayrıca, enjektör sistemi iki normal iletken RF yapısından oluşur. Yüksek güç RF sistemi, her biri 18 kW doyum çıkış gücü sağlayan dört katı hâl RF amplifikatöründen oluşur. Nominal tasarım 1 mA akım için optimize edilmiş olsa da, RF altyapısı her kaynak başına 18 kW doyum gücü sağlayabilecek kapasitededir.

Düşük seviye RF kontrolcü (LLRF) sistemi ise kavitelere iletilen RF gücün genlik, frekans değerlerinin ayarlanması ve elektron demetinin kavitelerer iletilen RF gücü ile senkron olarak çalıştırılmasını kontrol eden kritik sistemlerdir. LLRF sistemi,

• Bir adet 260 MHz frekansta çalışan normal iletken Subharmonic Buncher (SHB),
• Bir adet 1.3 GHz frekansta çalışan normal iletken Fundamental Buncher (FB)
• Dört adet süperiletken 1.3 GHz TESLA kavitelerinin kontrolü için kullanılmaktadır.

LLRF sistemi tamamiyle dijital bir sistem olup, her biri kendi mekanik tuner kontrol birimiyle entegre edilmiş altı adet RF istasyon kontrol biriminden oluşur. Bu temel bileşenlere ek olarak, sistemin işlevselliğini sağlamak için bazı yardımcı RF modüllerine de ihtiyaç vardır. Bunlar arasında, gerekli RF sinyallerini üreten Yerel Osilatör Üretim Modülü (LOGM) ve istenmeyen sinyal kaymalarını telafi eden Drift Telafi Modülü (DCM) yer alır.