Işın hattı

Hızlandırıcı fizikte, ışın demet hattı (beamline) hızlandırıcı tesisin belirli bir yolu boyunca tüm yapıyı (vakumlu tüp, mıknatıslar, teşhis aletleri) içeren, hızlandırılmış parçacık demetlerinin yörüngesini ima eder.

Demet hatları genellikle bir senkrotrondan, veya ayrışma kaynağı ya da araştırma reaktöründen gelen nötronlardan elde edilen senkrotron ışıklarını veya parçacık demetlerini kullanan deneysel durak noktalarında biter. Demet hatları parçacık fiziği, maddesel bilim,kimya ve moleküler biyoloji deneylerinde kullanılmaktadır.

Parçacık hızlandırıcılarda demet hattı genelde çimento kaplama içerisinde bir tünelde ve/veya yeraltında bulunur. Demet hattı genellikle yüksek derecede vakumlu yani hızlandırılmış parça demetinin yolunda olan ve parçacıkların hedeflerine ulaşmadan önce çarpıp saçılabileceği çok az gaz molekülü bulunan silindirik bir metal borudur (tipik olarak demet borusu veya drift tüpü).

Demet hattı üzerinde parçacık demetini üretme, koruma, görüntüleme ve hızlandırma işlemleri için kullanılan özelleştirilmiş cihaz ve ekipmanlar bulunur. Bu cihazlar yakında veya demet hattına bağlı olabilir. Bu cihazlar biraz bahsetmek gerekirse; gelişmiş güç dönüştürücüleri, tanı cihazları(pozisyon monitörleri, kablo tarayıcıları), mercekler,kolimatörler, ısıl çiftler, iyon pompaları,iyon göstergeleri, iyon bölmeleri, vakum valfleri (izolasyon valfleri) ve geçit valfleri içerir. Bunlardan başkadipol ve quadrupole mıknatıslarını soğutmak için su soğutma cihazları vardır. Pozitif basınç (sıkıştırılmış havadan sağlanan gibi), hat üzerindeki vakum valflerini ve manipülatörleri düzenler ve kontrol eder.

Demet hattının tüm bölümlerini (mıknatıslar vs.) bir inceleme ve hizalama ekibi ile birlazer izleyicikullanarak hizalamak zorunludur. Tüm demet hatları mikrometre hata payı içinde olmalıdır. İyi hizalama demet kaybını ve ikincil emisyon ve/veya radyasyona yol açan demetin boru duvarlarına çarpmasını önlemeye yardımcı olur.

Senkrotronla ilgili olarak, demet hattı senkrotron radyasyonunun demetlerini senkrotron radyasyon tesisindeki depolama yüzüğü içindekibükme mıknatısları, yerleştirme cihazları kullanarak deneysel bir noktaya taşıyan aletler topluluğuna tekabül eder. Bu tarz demet hattı için senkrotron ışığını kullanan birçok başka teknik olduğu halde tipik bir uygulama olarak kristallografi örnek verilebilir.

Büyük bir senkrotron tesisinde her biri farklı araştırma alanları için optimize edilmiş birçok demet hattı olacaktır. Farklılıklar yerleştirme cihazının (radyasyonun yoğunluğu ve spektral dağılımını belirleyen) türüne; demet ikmal ekipmanlarına; ve deneysel son durağa bağlıdır. Modern bir senkrotron tesisindeki tipik bir demet hattı depolama yüzüğü ve deneysel son nokta arasında 25 100 m uzunluğunda olur ve milyonlarca amerikan doları maliyete sahip olabilir. Bu sebepten, bir senkrotron tesisi sıklıkla kademe kademe inşa edilir: İlk demet hattı operasyonun ilk gününde açılırken sonrakiler finansman sağlandıkça eklenir.

Demet hattı birimleri radyasyon kalkanlı ‘hutch’ diye tabir edilen kısımlara yerleştirilmiştir. Tipik bir demet hattı 2 dolaptan oluşur, demet ikmal birimleri için bir optik kısım ve deneyin gerçekleştiği deneysel kısım. Bu kısımlar arasında demet taşıma tüpü içerisinde seyahat eder. Demet kapakları açıkken radyasyon ‘hutch’ lara girebileceğinden bu kısımlara giriş yasaktır. Bu radyasyon verildiğinde kimsenin içeride olmadığını garantiye alan gereğinden fazlakilitleme fonksiyonları olan ayrıntılı güvenlik sistemleri tarafından zorunlu kılınmıştır. Güvenlik sistemi ayrıca kapı kazara açılırsa radyasyon demeti faaliyetini durdurur. Bu durumda, demet enerjisini absorbe edip depolayacak şekilde dizayn edilmiş bir hedef üzerine yığılır.

• Pencereler- sıklıkla berilyumdan yapılan demetin neredeyse tamamını ileten ancak depolama yüzüğü içerisindeki vakumu kirlenmeden koruyan metal levhalardır. • Yarıklar- demetin fiziksel genişliğini ve açısal yayılmasını kontrol eder. • Odaklama aynaları- demeti odaklamaya yardım eden düz, eğik-düz veya halkasal olabilen bir veya daha fazla aynalardır. • Monokromatörler- özel dalgaboylarını kırıp diğerlerini absrobe eden kristaller üzerinden gelen kırınıma dayalı olan ve bazen değişen dalgaboylarına göre ayarlanabilen ya da bir dalgaboyunda sabitlenen cihazlardır.• Aralık tüpleri- optik birimler arasında uygun aralığı sağlayan ve herhangi bir radyasyon saçılımına kalkan olan vakum koruma tüpleridir. • Numune kademeleri- sıcaklık ve basınç gibi değişken dış etkenler altında numuneyi incelemek üzere yerleştirip yönlendirmek içindir.• Radyasyon dedektörleri- Numuneyle etkileşen radyasyonu ölçer.

Demet şartlandırma cihazlarının kombinasyonu son duraktaki ısı yükünü (demet tarafından oluşturulan ısınma); son durağa gelen radyasyonun spektrumunu ve demetin hizalanmasını veya odaklanmasını kontrol eder. Demet hattı boyunca demetten büyük ölçüde güç emen cihazlar su veya sıvı nitrojenle aktif şekilde soğutulmalıdır. Demet hattının tamamı ultra yüksek vakum şartları altında tutulmaktadır.

Senkrotron radyasyon demet hattı dizaynı X ışını optiğinin bir uygulaması olarak görünse de demet hattında X ışınlarının propagasyonunu ve çeşitli bileşenlerle etkileşimlerini modellemek için tahsis edilmiş araçlar vardır. Shadow ve McXTrace gibi x ışını geometrik optik kapsamında işleyen ışın izleme kodları, ve kırınım konusunu ve radyasyon gerçel dalgayapısını dikkate alan dalga propagasyon yazılımları vardır. Senkrotron radyasyon eş evreliliğini kısmen veya tamamen anlamak için dalga özellikleri dikkate alınmalıdır. SRW ve Spectra kodları bu imkânı içerir.

Nötron tesisindeki bir deneysel durak noktası nötron demet hattı olarak adlandırılır. Yüzeysel olarak, nötron demet hatları senkrotron radyasyon demet hatlarından nötronları fotonlar yerine araştırma reaktöründen veya parçalanmış kaynaktan aldığı için farklıdır. Deneyler genellikle inceleme altındaki örnekten nötron saçılımını ölçer.