bilgiz.org

Nükleer Fizik Araştırmalarında Kullanılan Hızlandırıcılar

  • Kaynakça



  • Tarih01.10.2017
    Büyüklüğü56.93 Kb.

    Indir 56.93 Kb.

    Nükleer Fizik Araştırmalarında Kullanılan Hızlandırıcılar

    ve Uygulama Alanları

     

    Sefa ERTÜRK, İsmail BOZTOSUN


    Niğde Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü

    Erciyes Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü




    ÖZET

    Nükleer çekirdek yapısını anlamanın en iyi yollarından biri; çekirdeği uyarılmış duruma getirerek çekirdeğin denge durumuna gelinceye kadar yaptığı parçacık, x-ışını ve gama ışını gibi yayınımlarını algılamak ve bunlar üzerinde ölçümler yapmaktır. Nükleer reaksiyonları gerçekleştirmenin yolu bir hızlandırıcı kullanmak ve hızlandırıcıdan çıkan demetin hedefle çarpışmasını sağlamaktır. Bu çarpışma sonucu oluşan bileşik uyarılmış durumdaki çekirdekten yayınlanan parçacık, x-ışını ve gama-ışınlarını algılamada çoklu dedektör sistemleri kullanılmaktadır. Bu konuşmada yaygın olarak kullanılan hızlandırıcı tipleri, Cyclotron, Tandem Van de Graff, Linac gibi dairesel, elektrostatik veya lineer hızlandırmaya dayalı hızlandırıcılar ve bu sistemlerle kullanılan çoklu detektör sistemleri, GAMMASPHERE, EUROBALL, YRASTBALL, JUROGAM, GRETA tanıtılarak bu sistemler yardımıyla yapılabilen nükleer fizik deneylerinden ve diğer uygulama alanlarından bahsedilecektir.


    Anahtar Kelimeler : Hızlandırıcı, gama ışını, dedektör topluluğu, Gammasphere, Euroball

    Giriş : 19 yüzyıl sonlarında kullanılan Crookes tüpü yardımıyla J.J Thomson 1890 yılında elektronu keşfetmiştir. Rontgen 1896 yılında aynı tüpü kullanarak X-ışınını keşfetmiştir. 1920 yılında yapılan bir fizik konferansında Rutherford, nükleer fizik araştırmalarında kullanılması için parçacık hızlandırıcılarının geliştirilmesini önermiştir. Crockcroft ve Walton, Rutherford’un Cavendish laboratuvarında başarılı bir hızlandırıcı tüp geliştirmişlerdir.
    İlk çevrimsel hızlandırıcı 1925’te Ising tarafından önerilmiş ve Wideore bu düşünceyi geliştirerek 1928’de çalışan bir lineer hızlandırıcı inşa etmiştir. Bu hızlandırıcıda civa iyonları Radyo Frekansı (RF) voltajı ile hızlandırılmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarını kullanan Lawrance siklotron hızlandırıcı tipini düşünmüş ve Livingston ile çalışan bir siklotronu 1932’de inşa etmişlerdir. Aynı yıllarda Van de Graff elektrostatik jeneratorü inşa ederek nükleer fizik araştırmalarında kullanılmasını sağlamıştır. Her iki tip hızlandırıcının üst limiti 15 MeV olduğu için 1930’lu yıllardaki araştırmalar bu sınırlar içerisinde kalmıştır. Thomas, AVF siklotronunu 1938’de önermiş fakat pratikte kullanılmamıştır, 3 yıl sonra 1941’de Kerst ilk başarılı betatronu inşa etmiş ve 20 MeV’lik betatronu ikinci dünya savaşından önce çalıştırmayı başarmıştır. İkinci dünya savaşı sırasında sıkça kullanılan radarlar yüksek frekans güç kaynaklarının gelişmesine neden olmuş ve bu bilgiler lineer hızlandırıcılarda kullanılmıştır. Hansen, Ginzton ve Panofsy tarafından geliştirilen hızlandırıcı daha sonraki senelerde 50 GeV’lik Stanford Lineer hızlandırıcısının kurulmasına öncülük etmiştir.

    İlk proton siklotronu 1952 yılında New York Brookhaven’da inşa edilmiş ve 3 GeV’lik enerji ile çalışmaya başlamış, 2 yıl sonra California Berkeley’de 6 GeV’lik bir betatron geliştirilmiştir. İlk elektron depolama halkaları 1960’lı yılların başında geliştirilmiş 28 ve 33 GeV’lik iki büyük proton sinkrotronu sırasıyla CERN ve Brookhaven laboratuvarlarında kullanılmıştır. Yeni parçacıkların keşfedilmesi ile yüksek enerji fiziğinde büyük gelişmelerin oluşmasına neden olunmuştur. Bu gelişmeler sonucu 1972 yılında 400 GeV’lik bir proton sinkrotronu İllinois’teki FERMILAB’da inşa edilmiş daha sonra benzer sinkrotron CERN’de de kurulmuştur. Bu gelişmeler yeni demet ayırma metodlarının ilerlemesine ve her biri aynı anda birden fazla hedefe yönelebilen sistemlerin oluşumuna sebep olmuştur. Bu çalışmalar neticesinde Renk-dinamiği, elektro-zayıf etkileşme teorisi geliştirilmiş ve daha iyi anlaşılmıştır.


    Sinkrotron ışınımı atomik fizikte ve malzeme bilimi araştırmalarında kullanılan değerli bir deneysel araç haline geldiği için Fermilab’ta süper iletken mıknatıslar 400 GeV’lik hızlandırıcı tüneline yerleştirilmiş ve enerjisi 1983’te 800 GeV’e ulaşmıştır. Bu tür hızlandırıcıların veya depolama halkalarının kaydadeğer başarıları, bu tür aygıtların daha fazla geliştirilmelerinin önünü açmıştır. Bu amaçla demet başına 50 GeV ve 100 GeV’e ulaşan elektron-pozitron halkası (LEP), CERN’de inşa edilmiştir. Halka şekilli ilk elektron-pozitron çarpıştırıcısı HERA adıyla DESY’de meydana getirilmiştir.

    2-Motivasyon : Temel bilimler için yapılan çalışmalarda kullanılan hızlandırıcıların temel amacı, elektronları veya iyonları yüksek hızlarda hızlandırarak bunları ya belirlenen sabit hedeflerle veya birbirleriyle çarpıştırmaktır
    Nükleer bilimler için yapılan temel araştırmalar sonucu elde edilen bilgi birikimi ve uygulama alanları başlangıçta beklenen sonuçların fazlasıyla önüne geçmiş ve bir çok alanda uygulama şansı bulmuştur. Nükleer bilimlerdeki gelişmeler, diğer alanlar üzerinde de etkiler bırakmış ve özellikle sıralayacağımız alanlarda uygulama imkanı bulmuştur. Enerji üretimi, teknolojinin gelişimi, tıp, ulusal güvenlik, nükleer teşhis ve tedavi, arkeolojik tarihlendirme, materyal bilimi ve çevre bilimi konularında nükleer bilimlerden elde edilen sonuçlar ve teknikler kullanılmaktadır.
    Nükleer fizik araştırmaları için yapılan nükleer reaksiyonlar ve bu reaksiyonlardan öğrenilen temel bilgileri Tablo 1.’de görmek mümkündür.


    Reaksiyon

    Öğrenilen

    Nükleon-nükleon saçılması

    Temel nükleer kuvvetler

    Elastik saçılma

    Nükleer boyut ve etkileşme potansiyeli

    Uyarılmış seviyeler için İnelastik saçılma

    Enerji seviyesi tespiti ve kuantum sayıları

    Sürekli durumlar için İnelastik saçılma

    Giant rezonans veya titreşim modları

    Transfer ve dokunma reaksiyonları

    Kabuk model detayları

    Füzyon reaksiyonları

    Astrofizik olayları

    Bileşik çekirdek oluşumu

    Çekirdeğin istatistiksel özellikleri

    Çoklu parçalanma

    Çekirdeğin faz değişimleri, Kollektif model

    Pion reaksiyonları

    Nükleer yapışkanlığın araştırılması

    Elekron saçılma

    Çekirdeğin kuark yapısı

    Tablo 1. Nükleer reaksiyonlar ve bu reaksiyonlardan öğrenilen temel bilgiler


    3- Hızlandırıclar : Nükleer fizik ve parçacık fiziği araştırmalarında kullanılan hızlandırıcılar genel olarak iki gruba ayrılırlar; 1-Hızlandırma işlemlerinde DC gerilim farkı kullananlar 2-Radyo Frekans salınımlı elektromanyetik alanlar kullananlar. Yüksek gerilim hızlandırıcılarının başında Crockraft-Walton ve Marx gelmektedir. Bu tip hızlandırıcılar geliştirilerek günümüzde yaygın olarak kullanılan Tandem Van de Graff hızlandırıcıları geliştirilmiştir.
    3-a. Tandem Van de Graff, Elektrostatik Hızlandırıcıları : Bu tip hızlandırıcılarda yaklaşık olarak ~25 MeV’lik terminal voltajı düzgün bir iletken yüzey aracılığıyla ya da bir iyon kaynağıyla üretilir ve yüksek voltaj ucuna hareketli bir kayış aracılığı ile taşınır. Bu tip hızlandırıcılarda negatif iyonlar önce topraklama ucundan yüksek pozitif voltaj terminaline doğru hızlandırılır ve etkin voltajı mega volt mertebesine ulaştırılır. Bu voltaja ulaşan demet vakum sistemi içerisindeki bir metalden geçerek elektronları çıkarıp pozitif iyonları da toprak potansiyeline doğru geri hızlandırılır. Bu yolla hızlandırıcı yüksek enerji üretir fakat bu enerji yeteri kadar yoğun değildir. Verimliliğin düşük olduğu bu tip hızlandırıcılarda elektrostatik demet akımı 10-20A kadardır. Bu tip hızlandırıcıların belli limitlerde çalışma aralığının olması bir dezavantajdır. Negatif iyon kaynağının başlangıçta kullanılması ve pozitif iyon kaynaklarıyla karşılaştırıldığında daha az bulunuyor olması diğer bir dezavantajdır. Fakat tüm bunlara rağmen yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
    3-b. Lineer Hızlandırıcılar (Linac) : Radyo frekansı kullanılarak çalışan lineer hızlandırıcılarda iyonların küçük potansiyel farkları kullanılarak tekrar hızlandırılması gerekliliği problemi yoktur. Lineer hızlandırıcılarda, lineer bir tüp içerisine belli sayıda elektrot yerleştirilmiş bir düzeneğe iyonlar enjekte edilir. Elektrotların her iki tarafına uygulanan alternatif voltaj uygun şekilde belli aralıklarla sıralanmış elektrotların fazları değiştirilerek hareketlenen iyonların hızlanmaları sağlanır. 1928 yılında R. Wideroe tarafından tasarlanan lineer hızlandırıcı ile 50 keV’lik pozitif iyonlar hızlandırılmış ve ikinci dünya savaşından sonra hem elektron hem de proton hızlandırmak için kullanılmıştır. Stanford Üniversitesi’nde bulanan 3 km uzunluğundaki lineer hızlandırıcı, en uzun lineer hızlandırıcı olup 50 GeV elektron veya pozitron hızlandırmaktadır.

    3-c. Siklotron (Cyclotron) : İyonları MeV mertebesinde hızlandırabilen, en iyi bilenen ve en yaygın kullanılan hızlandırıcılardır. Lineer hızlandırıcılarda olduğu gibi bu hızlandırıcılarda da değişen fazlar yardımıyla iyonlar hızlandırılır. Bu hızlandırıcı tipinde lineer hızlandırıcıdan farklı olarak hızlandırılan parçacıkları kapalı bir yol etrafında bükebilmek için manyetik alan da kullanılır. 1932 yılında Lawarance ve Lewingston tarafından geliştirilen bu hızlandırıcı tipinde hızlandırılmak istenilen parçacık siklotronun merkezine enjekte edilrerek ve dışa doğru spiral şekilde hızlandırılır.
    3-d. Sinkrotronlar : 19. yüzyıl sonlarında X-ışının keşfinden sonra hızlandırıcıların temel ve uygulamalı araştırma alanlarında ve aynı zamanda tıbbi alanlardaki uygulamaları çok artmıştır. Yüksek enerji ve nükleer fizikte temel araştırmalar için hızlandırıcılar kullanılır. Örneğin, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezinde (CERN) birçok hızlandırıcı tipleri kullanılmaktadır. Tıp alanında teşhis ve tedavi amaçlı daha fazla sayıda hızlandırıcı bulunabilir. Kanser teşhis ve tedavisi, nötron veya proton radyoterapisi ve yine teşhis ve tedavide kullanılan radyoizotopların üretimi için de hızlandırıcılar geliştirilmiş ve yaygınlaştırılmıştır. Ülkemizde 8 farklı merkezde farklı boyutlarda ve amaçlarda kullanılan hastane bünyesinde çalıştırılan hızlandırıcılar vardır.
    Elektronların hızlandırılması sonucu oluşan yüksek enerjili elektron demeti istenilen istikamete kullanılan mıknatıslar yardımıyla yöneltilir. Oluşan Sinkrotron radyasyonu diğer klasik yöntemlerle oluşturulan X-ışınlarından farklı özelliklere sahiptir. Bu özellikler, doğa bilimlerini araştırma konusunda neredeyse sınırsız bir araştırma alanı açmış olmakla birlikte tıp alanında da teşhis ve tedavi amaçlı olarak kullanım imkanı vermiştir.
    Yüksek teknolojiye sahip sinkrotron araştırma merkezlerinde mikro hatta nano mertebelerde malzeme üretimi yapılarak bu tür malzemelerin daha farklı alanlarda ihtiyaç duyulan materyallerin kullanımına izin vermiştir. Örneğin, USA, LA (Los Angles) da bulunan CAMD araştırma merkezinde bulunan sinkrotron, katı maddelerin, moleküler yapılarını, atomik yapılarını, yüzey ve iç yapısı olarak ayrı ayrı inceleme amaçlı kullanılmaktadır. Yine aynı merkezde mikro-teknoloji olarak adlandırılan mikroskobik boyutta malzeme üretimi yapılmaktadır.
    Tüm bunlara ek olarak bu merkezde X-ışını spektroskopisi ve mikroskopisi yoluyla malzemelerin incelemesi yapılmaktadır. Bu yolla 21. yüzyıla uygun kullanım alanlarına sahip materyallerin üretilmesi ve yapılarının incelenmesi sağlanmaktadır. Bu konuda istekli araştırmacıların bu tür laboratuvarları kullanmalarına imkanlar tanınmış ve araştırıcıların buralardaki çalışmalarını doktora tezi olarak hazırlamalarına imkan tanınmıştır.
    Bu tür merkezlerin radyoizotop üretim merkezi olarak kullanılması ve yine tıpta teşhis ve tedavi amaçlı kullanılması tamamen ayrı bir makale konusudur.

    4. Nükleer Fizik Araştırmaları ve Dedektör Toplulukları : Nükleer fizik araştırmalarında çekirdek yapısını incelemenin en temel yolu yukarıda farklı tipleri bahsedilen hızlandırıcılardan herhangi birinin kullanılarak sabit bir hedef üzerine gönderilen iyon demetiyle oluşan bileşik çekirdeğin temel seviyeye dönünceye kadar yayınlamış olduğu parçacık (alfa, proton, nötron) veya x-veya gama-ışınlarını incelemektir.
    Hızlandırıcılar kullanılarak gerçekleştirilen nükleer reaksiyonlar sonucu elde edilen bileşik çekirdek yüksek açısal momentuma sahiptir. Çekirdeğin bu durumda saniyedeki dönme sayısı yaklaşık olarak birkaç yüz milyar boyutundadır. Bu uyarılmış durumdaki çekirdek enerjisinin bir kısmını ve sahip olduğu açısal momentumun tamamını yayınladığı gama-ışınlarıyla kaybeder. Çekirdeğin temel seviyelerine inen 30-40 civarındaki gama-ışınları yaklaşık olarak 10-9 saniyede bu seviyelere ulaşır.
    Çekirdeğin temel seviyeye inmesi birkaç yolla mümkün olabilir ; uyarılmış çekirdek alfa (helyum çekirdeği) yayınlayabileceği gibi proton ve/veya nötron da yayınlayabilir. Eğer yeteri kadar istatistiksel sonuç elde edilmiş ise bu çekirdeğin o andaki ve sonra sahip olduğu yapı araştırılabilir. Bu yapıları araştırabilmenin temel yolu, çekirdeğin bu uyarılmış durumundan temel durumuna geçerken yaymış olduğu, parçacık veya gama-ışınlarını algılayıp bunlar üzerinde analiz ve ölçümler yapmakla mümkündür. Bu algılamaları yapacak dedektör sistemleri kullanılmaktadır.
    Dünya üzerinde bir çok merkezde bu tür çalışmalar yapılmakta, birçok çekirdeğin veya izotopunun bilinmeyen yapıları ortaya çıkarılmaktadır. Bu araştırma merkezlerinden bazılarını detaylı olarak inceleyip hangi tip hızlandırıcı kullanıldığını ve hangi tür dedektör topluluğu kullanılarak deneylerin yapıldığını ve bu araştırmalar sonucu elde edilen sonuçların neler olduğunu sırasıyla gösterebiliriz. Nükleer fizik veya parçacık fiziği (Yüksek enerji fiziği) araştırmalarında kullanılan parçacık hızlandırıcılarının dünya üzerindeki dağılımına baktığımızda Avrupa’da toplam 35 araştırma merkezi ve bu merkezde kullanılan farklı tipte hızlandırıcının olduğunu görmekteyiz. Kuzey Amerika’da bu rakam 25, Güney Amerika’da 2, Asya’da 10 ve Afrika’da 1 olmak üzere toplam 73 merkezde hızlandırıcı bulunduğunu ve bu araştırma merkezlerinde parçacık fiziği, nükleer fizik gibi diğer bilim dallarına da araştırma imkanı tanıyan geniş bir spektruma sahip çalışma imkanının olduğunu görmekteyiz. Bu merkezlerden bazılarının detaylarını ilerleyen bölümlerde bulmak mümkündür.
    4-a. GAMMASPHERE : Aslında dedektör topluluğunun adını ifade etmektedir. Bu spektrotrometre ilk olark 1993 yılında California Berkeley üniversitesi, Lawrance Berkeley Nükleer Araştırma laboratuvarında kurulmuş ve 88-inç siklotron ile entegre çalışmıştır. 1993-1997 yılları arasında hizmet verdiği dönemde etrafı bizmut germanyum sintilatorü ile çevrili 110 tane büyük saf germanyum dedektörü kullanmıştır. Yüksek verimlilik ve çözünürlüğe sahip bu merkez özellikle nadir çekirdek yapılarının araştırmalarında ve egzotik çekirdek yapılarının oluşturulması ve yapılarının anlaşılması üzerine yapılacak araştırmalar için ideal bir araştırma imkanı sunmuştur.
    Berkeley’de kaldığı dönemde 130 deney yapılmış ve dünya çapında 50 farklı enstitüden 200 farklı araştırmacıya çalışma imkanı tanımış ve aynı dönemde 16 tane teknik makale, 60 tane farlı aralıklardaki çekirdeklerin nükleer yapı özelliklerini anlatan makale, 3 tane de nükleer astrofizik ve parçacık fiziği üzerine makaleler yayınlanmasına olanak vermiştir. Bu spektrometreyi kullanan fizikçiler nükleer yapı fiziği ve nükleer astrofizik konuları üzerinde çalışma imkanı bulup standart modelin doğruluğunu test etme imkanı bulmuşlardır. 1997 yılından sonra Argonne Ulusal Laboratuvarı’na taşınan spektrometre ile birlikte kullanılan kütle analizatörü ile kararlılık vadisinden uzak çekirdeklerin varlığı ve yapıları araştırılmıştır. Gammasphere spektrometresinde kullanılabilen yardımcı dedektör çeşitliliği ile daha farklı nükleer fizik araştırmaları yapma imkanı sağlanmıştır. Kullanılan yardımcı dedektörler sırasıyla microball (yüklü parçacık tayini, 1,2,3H ve 3,4He), plunger (nükleer yarı ömrü pikosaniye mertebesinde ölçebilen sistem), nötron algılayıcı nötron dedektörleri, silikon strip dedektörler, x-ışını dedektörleridir.
    Gammasphere spektrometresi kullanılarak elde edilen popüler nükleer fizik sonuçları aşağıdaki gibi sıralanabilir :

    • Manyetik dönme ve makas mekanızması

    • Nükleer Süperdeformasyon

    • Yüksek Spin Seviyelerinin İncelenmesi

    • İkiz Bandlar

    • Yeni Süperdefome Yapılar A~80

    • Band Terminasyonu

    • Deforme Çekirdek Yapılarından Proton Yayınımı

    • Nötron Zengin Çekirdek yapıları

    • Asimetrik Çekirdek yapıları

    • Elementer parçacık Fiziği

    • Nükleer Astrofizik

    Gammasphere spektrometresinin Argonne Ulusal Laboratuvarı’na taşınıp oradaki kütle analizatörü ile birlikte kullanılmasıyla aşağıda listelenen konular çalışılmıştır.



    • Hafif Çekirdekler

    • N=Z çizigisindeki çekirdekler

    • İkincil Reaksiyon Mekanizmaları

    • İzomer Fiziği

    • Proton Fazlalıklı Çekirdekler

    • Hiperdeformasyon

    • Hafif aktinitlerde Deformasyon ve Süperdeformasyon

    • Ağır çekirdeklerin yapısı ve kararlılığı


    4-b. EUROBALL : Avrupa topu olarak adlandırılan bu çok dedektörlü sistem, Avrupa topluluğu gibi Avrupa’da bulunan ve nükleer fizik araştırmalarında söz sahibi olan ülke ve bu ülkelerdeki araştırma gruplarından oluşmuştur. Tarihi gelişimi açısından geliştirilmesi planlanan dedektör tiplerine göre üç aşamalı tasarlanmış olan bu spektrometre önce İngiltere ve Fransa arasındaki bilimsel işbirliği gereği, ilk olarak 1993 yılında Daresbury Laboratuvarında Eurogam I olarak hizmet vermiş ve o dönemde sadece saf Germanyum dedektörleri kullanılmıştır.
    Daha sonra geliştirilen daha fazla enerji çözünürlülüğüne sahip Clover dedektörlerinin geliştirilmesi sonucu ve aralarındaki anlaşma gereği dedektör topluluğu Fransa’nın Strasbourg şehrindeki CNRS laboratuvarına taşınmış ve 1994-1997 yılları arasında burada Eurogam II olarak hizmet vermiştir, Eurogam II spektrometresinde 24 Clover, 30 tane Germanyum dedektörü hizmet vermiştir.
    Aynı yıllarda bilimsel ortaklık projeleri geliştirilip İngiltere ve Fransa’ya ek olarak Almanya, İtalya, Danimarka, İsveç, Norveç ve bu ülkelerden toplam 30 nükleer fizik araştırma grubu ile geniş bir kullanıcı ve araştırıcı kitlesine sahip olunmuştur. Adı geçen ülkelerden bazıları Clover dedektör tipini geliştirip daha fazla enerji çözünürlüğüne sahip Segmented Clover ve Cluster dedektörlerini geliştirmiş ve Euroball III adlı spekrometreyi İtalyanın Legnaro kentinde bulunan ulusal laboratuvarında kurmuşlardır. Eurball III 4 geometresine sahip bir dedektör topluluğu olup çalıştırıldığı dönemde bünyesinde 26 Clover (~900 açıda) ön ve arka kısımlarında 15 Cluster ve yine ön ve arka kısımlarda 30 tane Germanyum dedektörü mevcut olup 1997-1998 yılları arasında hizmet vermiştir.
    Bilimsel ortaklık gereği dedektör topluluğu Euroball IV adıyla tekrar Fransa’nın Strasbourg şehrine getirilmiş ve yukarıda adı geçen dedektör tiplerine ek olarak kullanılan BGO iç dedektör tipi ile birlikte 2002 yılı sonuna kadar burada hizmet vermiştir.
    Bu dedektör topluluğu son olarak bir kez daha başka bir yere taşınmamak üzere Almanya’nın Darmstadt şehrinde bulunan GSI araştırma merkezinde kurulup bu spektrometre ile birlikte kullanılacak yardımcı dedektör sistemleriyle birlikte çalıştırılmaktadır.
    Euroball dedektör topluluğu projesiyle farklı tipte dedektörler geliştirilmiş ve gözlem limitleri yüksek seviyelere taşınmıştır. Bu dedektör topluluğu çalıştırıldığı merkezlerde farklı hızlandırıcılarla birlikte kullanılmıştır. Örneğin İngiltere, Daresbury’de Tandem, Fransa, Strasbourg’da Van de Graff, İtalyai Legnaro’da Tandem Alphi, Almanya, Darmstadt’da Lineer hızlandırıcı ve sinkrotron kombinasyonlu tip hızlandırıcılar kullanılmıştır.

    • Bu merkezlerde kullanılan hızlandırıcılar ve dedektör toplulukları ile elde edilen bazı popüler fizik sonuçları aşağıda örnek olarak verilebilir.

    • Kollektif yapının yni bir yapısı, “maneyetik dönme”

    • Simetrik 90Zr+90Zr reaksiyonunda soğuk füzyon

    • Proton zengin çekirdek çalışmaları

    • Çift fonon uyarılmasıyla çekirdeğin temel uyarılmaları

    • Superdeforma yapıların spektroskopisi

    • Dip ineleastik çarpışmalarla nötron zengin çekirdek üretimi

    • Superdeforme yapılardan temel seviyelere gama-ışını yayınımı

    • Superdeforme yapıların manyetik özellikleri

    • Hiperdeforme yapıların araştırılması

    • Çekirdeklerde kiral yapıların araştırılması

    • Döenen çekirdek yapılarında çiftlenme teriminin etkileri

    • N=Z tipi çekirdek yapıları

    • Kararlılık vadisinden uzak nötron zengin çekirdekler

    • Dip inelastik çekirdeklerin gama-spektroskopisi

    • Detektör dizaynı ve geliştirilmesi

    • Nükleer astrofizik

    • Yüksek spin seviyelerinin incelenmesi

    • Egzotik çekirdek üretimi ve bu çekirdek yapılarının incelenmesi



    4-c. YRASTBALL (Yale Rochester Array for SpecTroscopy) : Yüksek çözünürlüklü Germanyum, Clover, LEP ve yardımcı dedektörlerden oluşmuş bir dedektör topluluğu olup Yale Üniversitesi bünyesinde bulunan WNSL (Wright Nuclear Structure Laboratory) çalıştırılmaktedır. ESTU Tandem Van de Graff tipi hızlandırıcı ile birlikte çalışmakta olup, dünyada üniversite bünyesinde çalıştırılan en büyük hızlandırıcı ve dedektör topluluğudur. Üniversite bünyesindeki Nükleer yapı fiziği, nükleer astrofizik ve relativistik ağır iyon çalışmaları yapan gruplara çalışmaları için uygun bir hızlandırıcı ve dedektör toplu imkanı sunmaktadır.
    Bu dedektör topluluğunda 4 halka olup dedektörler bu halkalar farklı açılarda yerleştirilebilir. 1630’de 3, 1350’de 8, 900’de 9 ve 550’de 8 olmak toplam 28 farklı dedektör yerleştirme imkanı tanır. Yukarıda da bahsedildiği gibi bilinen germanyum ve clover dedektörlerine ek olarak kullanılan LEP (Düşük Enerjili Foton) dedektörleri kullanılabildiği gibi bu dedektörlerle birlikte kullanılabilen farklı amaçlı yardımcı dedektörler de vardır:
    NYPD (New Yale Plunger detector) nükleer seviyelerin çok kısa süreli yarı ömür ölçümleri için kullanılırken, BGO enerji filtresi ve SCARY (Solar Cell Array at Yale) gibi dedektörler yüklü parçacık dedeksiyonu için kullanılır. Bunlara ek olarak ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilecek 12 tane nötron dedektörü de bu laboratuvarda kullanılabilir. Bu dedektör topluğunun temel amaçlarından bir tanesi çekirdek yapısı çalışmalarında yüksek ve düşük spin seviyelerinin araştırılmasıdır.
    Bu dedektör topluluğu ile birlikte 2001 yılından beri kullanılmaya başlanan SASSYER (Small Angle Separator at Yale for Evaporation Residues) gaz dolu ayrıcı ile reaksiyon sırasında geri tepen parçacık veya çekirdeklerin tespit edilmesi sağlanmıştır. SASSYER temelde kararlılık vadisinden uzak ağır egzotik çekirdek çalışmalarında kullanılmaktadır.
    YRASTBALL kullanılarak yapılan bazı çalışma ve elde edilen popüler sonuçlardan bazıları aşağıda listelenmiştir;


    • Titreşim uyarılmalarının temel nedenleri

    • Pauli prensibinin çoklu fonon sistemlerin oluşumu üzerine etkileri

    • Valans ve kollektif durumların oluşum nedenleri

    • Geometrik kollektif modellerin testi

    • Radyoaktif demet kullanarak egzotik çekirdek üretimi

    • Çekirdekteki oktupol ve dipol modlarının oluşumu

    • Giant rezonans ölçümleri

    • Super ve hiperdeforme yapılar

    • Nötron zengin çekirdekler

    • Radyoaktif demet deneylerinde düşük spin seviyelerinin yapısı

    • Nükleer astrofizik


    4-d. JUROGAM : Gama-ışını spektrometresi 1996-2001 yılları arasında başarılı bir şekilde çalışan JUROSPHERE ile yer değiştirmiştir. Finlandiya’da Jyvaskyla şehrinde, YFL laboratuvarında bulunan JUROGAM dedektör topluluğunda kullanılan dedektörler daha önce Eurogam I, II ve Eurogam III dedektör topluluklarında kullanılan germanyum. Clover dedektörlerinden oluşmuştur. K130 tipinde siklotron hızlandırıcı ile birlikte çalışan dedektör topluluğu ile birlikte kullanılan RITU gaz dolu ayırıcı ile deney sırasında geri tepen parçacık veya çekirdekler algılanmaktadır.
    Bu laboratuvarda genel olarak çekirdeğin atomik yapısı araştırmaları yapılamaktadır. Bu araştırmalar içerisinde egzotik çekirdek üretimi ve yapısı, yüksek spin gama spektroskopisi, materyallerin mikroyapıları gibi konular sayılabilir. Bu konulara ek olarak uygulamalı araştırma konu başlıkları arasında radyasyonun çevre ve materyaller üzerine etkileri sayılabilir. Bunlar ek olarak nonoteknoloji ile nanometre boyutlu materyal üretimi ve yapı incelemeleri de hedeflenmiştir.
    JUROSPHERE ve daha sonra JUROGAM ve yukarıda adı geçen diğer sistemler kullanılarak yapılan bazı çalışma ve elde edilen popüler sonuçlardan bazıları aşağıda listelenmiştir;


    • Atomik çekirdeğin ekstrim durumlardaki Spin seviyelerinin yapılarının araştırılması

    • Egzotik çekirdek üretimi ve bu çekirdeklerin dikey modlarının incelenmesi

    • Ağır çekirdek üretimi ve ağır iyon reaksiyonlarıyla elde edilen çekirdek yapıları

    • Dönen çekirdek yapılarının incelenmesi

    • Ağır iyon reaksiyonlarının dinamik yapıları

    • Hızlandırıcı fiziği

    • Medikal araştırmalar, teşhis ve tedavi amaçlı

    • Radyasyon ve çevre

    • Radyasyonun materyeller üzerine etkileri.



    Kaynakça



    1-http://ns.ph.liv.ac.uk/

    2-http://www.ph.surrey.ac.uk/

    3-http://www.phy.anl.gov/

    4-http://npg.york.ac.uk/

    5-http://www.phys.keele.ac.uk/

    6-http://www.tps.org.tr/accelerator.html

    7-http://bilge.science.ankara.edu.tr/AU-AG/links.htm











        Ana sayfa


    Nükleer Fizik Araştırmalarında Kullanılan Hızlandırıcılar

    Indir 56.93 Kb.