Elektron Hızlandırıcısı

TARLA, Türkiye’nin ilk sürekli dalga (CW) modunda çalışan süperiletken elektron hızlandırıcısı altyapısıdır. 1–40 MeV enerji aralığında elektron demeti üreterek kullanıcıya araştırma yapma imkanı sunar. Sistem; elektron tabancası, enjektör hattı ve süperiletken kryomodüller olmak üzere üç ana bölümden oluşur.

⚙ Elektron Tabancası

Elektronların üretildiği bu bölümde, yüksek gerilim altında çalışan termiyonik doğru akım (DC) bir kaynak kullanılır. Bu sistem, yaklaşık 250 keV enerjide elektron üretimi sağlar. Elektron demeti, yaklaşık 600 ps’lik bir darbe uzunluğuna sahip grid  modülasyonlu tungsten dağıtıcı katotta üretilir. Elektron tabancası, demet kalitesini belirleyen ilk ve en kritik adımdır.

⚙ Enjektör Hattı

Elektron tabancasından çıkan yaklaşık 250 keV enerjili elektronlar, enjektör hattı üzerinden hızlandırıcı sistemin geri kalanına iletilmeden önce kontrol ve iyileştirme süreçlerinden geçirilir. Bu hat, elektron demetinin zaman yapısını oluşturmak, yönünü ayarlamak ve optik özelliklerini optimize etmek amacıyla özel olarak tasarlanmıştır. Enjektör hattında aşağıdaki bileşenler yer alır:

• Enjektör hattında iki adet radyo frekans (RF) normal iletken kavite Bu yapılar, demeti zaman içinde sıkıştırarak ileri aşamalarda kullanılacak kısa ve düzgün paketçikler hâline getirir. Böylece, süperiletken kavitelerde etkin hızlandırma sağlanması mümkün olur.
• Sistemde ayrıca yönlendirme ve odaklama için mıknatıslar yer almaktadır:
  • 15 derecelik dipol mıknatıs, demetin hat boyunca ilerlemesinden önce performansını test etmek için kullanılır.
  • 75 derecelik dipol mıknatıs, demet karakterizasyonu (deflektör kavite ile paketçik boyu ölçümü) gibi testler için kullanılır.
  • Solenoid mıknatıslar, demetin odağını kontrol ederek stabil ve odaklanmış bir demet profili elde edilmesini sağlar.
• Demet tanı sistemleri: Bunch uzunluğu, demet akısı, emittans gibi parametrelerin ölçüldüğü ekipmanlar bulunur.

Enjektör hattı demet kalitesinin yükseltilmesi ve zaman yapısının oluşturulmasına odaklanır. Demet, bu aşamadan sonra süperiletken kriyomodüllere yönlendirilerek enerji kazanımı sürecine girer.

❄ Süperiletken Kriyomodüller

Enjektörden gelen elektronlar, süperiletken hızlandırma yapılarında yüksek enerjilere çıkarılır. Bu bölüm, elektron demetinin nihai hızlandırma aşamasını oluşturur ve aşağıdaki özellikleri taşır:

• Her kryomodul, 2 adet süperiletken TESLA tipi RF kavite içerir. Bu kaviteler, elektronlara elektromanyetik alan uygulayarak demetin enerjisini artırır.
• Süperiletkenlik koşullarının sağlanabilmesi için bu yapılar sıvı helyum ile ~2 Kelvin’e kadar soğutulur.
• Bu sayede elektron demeti, yaklaşık 40 MeV enerjiye kadar hızlandırılabilir.
• Bu modüller, sürekli dalga (CW) modunda çalışan yapılar olup, yüksek kaliteli demet üretimi için kritik bir rol oynar.

⚙ Paketçik Sıkıştırma Sistemi

TARLA’daki elektron demeti, yüksek zaman çözünürlüğü gerektiren uygulamalarda kullanılmak üzere kısa süreli ve yoğun paketçiklere (bunch) dönüştürülür. Bu işlem, demetin zaman yapısının optimize edilmesini sağlayan paketçik sıkıştırma sistemi (bunch compression system) ile gerçekleştirilir. Paketçik sıkıştırma sistemi iki kriyomodül arasına yerleştirilmiş, kuadrupol ve dipol mıknatıslardan oluşan bir sistemdir.

TARLA’da serbest elektron lazeri, hızlandırılmış elektron demeti kullanılarak üretileceğinden yüksek parlaklıkta lazer üretimi için elektron demetinin paketçik boyunun ayarlanması gerekmektedir. Paketçik sıkıştırma sistemi elektron demetinin paketçik boyunu ayarlayan sistemdir. Bu sistem kullanılarak hem zaman hem de uzaysal boyutta kompakt bir elektron demeti elde edilir.

📊 Elektron Demeti Teknik Özellikleri