Tarla tesisi enjektör hattı vakum ihtiyacı, tasarımı ve uygulamaları
Vacuum requirement, design and applications on injector line of tarla facility
Yazar: EMRE COŞGUN
Danışman: PROF. DR. ÖMER YAVAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Vakum pompaları = Vacuum pump

Özet:
Parçacık hızlandırıcılarında, parçacık demetinin ömrünü ve kalitesini arttırmak ve parçacık demetinin sorunsuz bir şekilde taşınabilmesi için demet hattının ileri yüksek vakum seviyesinde tutulması gerekmektedir. TARLA bir parçacık hızlandırıcı tesisi olup, enjektör hattı birinci süperiletken hızlandırıcı modülüne kadar kısımların tamamından oluşur. Bu tez çalışmasında yapılan vakum çalışmaları TARLA enjektör hattının vakum ihtiyaçları gözetilerek yapılmıştır.
Vakum deney düzeneği için gerekli olan temiz oda TARLA ekibi tarafından kurulmuştur ve ISO-6 standardındadır. Kullanılan vakum kazanları ve flanşları CF tipindedir. İleri yüksek vakum kurulumunda ilk önce analitik hesaplama yapılmış ve iyon pompası için efektif pompalama hızı 35,4 l/s olarak bulunmuştur. Daha sonra Molflow+ simülasyon programı kullanılarak Monte Carlo yöntemiyle sistem üzerindeki basınç dağılımları hesaplanmış ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. İleri yüksek vakum seviyesine çıkabilmek için üç farklı pompa kullanılmıştır. Bunlar sırası ile mekanik pompa (10+3-10-3 mbar), turbo moleküler pompa (10-3-10-6 mbar) ve iyon pompasıdır (<10-6 mbar). Kuadrupol kütle spektrometresi yöntemiyle çalışan artık gaz analizörü ile sistem içerisindeki gazların türü ve kısmi basınçları belirlenmiştir. Vakum sistemi içerisinde H2, H2O, N2, O2, CO2 ve Ar gazları ve bu gazların türevleri tespit edilmiştir. Vakum sistemi gaz giderme yöntemi ile 200 0C'de 40 saat boyunca ısıtılmış, bunun sonucunda H2O gazı sistemden atılmış ve vakum değeri 10-10 mbar seviyelerine ulaştırılmıştır. İyon pompasına yardımcı olması için yüksek derecede H2 gazı pompalama hızına sahip buharlaşmayan tutucu pompa (NEG) kullanılmıştır. NEG pompa vakum siteminin orta kısmına yerleştirilmiş ve bunun sonucunda basınç dağılımı daha kararlı hale gelmiş ve H2 kısmi basıncında azalma gözlemlenmiştir. Son olarak sıcak katodun vakum üzerine etkileri incelenmiştir.

Abstract:
In particle accelerators, to increase the lifetime and quality of particle beam and to transport the particle bunch smoothly, it is necessary to keep the beam line at the ultrahigh vacuum level. The TARLA is a particle accelerator facility, and the injector line consists entirely of parts up to the first superconductor accelerator module. Vacuum experiments in this thesis are carried out by considering the vacuum requirements of the TARLA injector line.
The clean room required for the vacuum test setup has been established by the TARLA team and is in the ISO-6 standard. Vacuum chambers and flanges used are in CF type. In the ultrahigh vacuum setup, firstly, analytical calculation is performed and the effective pump speed for the ion pump has been found 35,4 l/s. Then the pressure distributions on the system has been calculated by Monte Carlo method using the Molflow+ simulation program and compared with the experimental results. Three different pumps are used to reach the ultrahigh vacuum level. These are mechanical pump (10+3-10-3 mbar), turbo molecular pump (10-3-10-6 mbar) and ion pump (<10-6 mbar), respectively. The type and partial pressures of the gases in the system are determined by using a residual gas analyzer operated by quadrupole mass spectrometry. In our vacuum system, H2, H2O, N2, O2, CO2 and Ar gases and derivatives of these gases have been identified. The vacuum system has been heated with the degassing method at 200 °C for 40 hours, resulting in the removal of H2O gas from the system and the vacuum value reached 10-10 mbar. A non-evaporable getter pump (NEG) with high H2 gas pumping speed is used to assist the ion pump. The NEG pump has been placed in the middle of the vacuum system, where the pressure distribution became more stable and a decrease in H2 partial pressure was observed. Finally, the effects of the hot cathode on vacuum has been investigated.