Süper iletken ve normal iletken hızlandırıcılarda kavite dizaynı ve hızlandırıcı sistemlerin modellenmesi
Design of accelerator cavity in superconducting and normalconducting accelerators and simulation of accelerator systems
Yazar: DİLAVER PORSUK
Danışman: DOÇ. DR. HATİCE YILDIZ ; YRD. DOÇ. HASAN BİRCAN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektron hızlandırıcısı = Electron accelerator ; Parçacık hızlandırıcılar = Particle accelerators

Özet:
Lineer elektron hızlandırıcı sistemlerde süper iletken ve normal iletken hızlandırıcı kavitelerin modellenmesi, modellemesi yapılan kaviteler içerisinde elektromanyetik alan davranışlarının incelenmesi ve elektronların hızlandırıcı kaviteler içerisinde demet dinamiğinin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bir lineer serbest elektron hızlandırıcısında elektronun elde edildiği tabanca sisteminden lazer ışınımının üretildiği undulatör sistemlerine kadar lineer hızlandırıcı boyunca sistem elemanlarının modellemesi de yapılmıştır. 

  Serbest elektron hızlandırıcı kavitelerin modellemesinde analitik olarak hesaplanan kavite geometri parametreleri belirlenerek POISSON/SUPERFISH (2D) ve COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY (CST, 3D) programlarıyla tabanca sistemi içerisinde (1½ ve 3½ hücrelik ) tabanca kaviteler, ve devamında demet yolu boyunca ilk hızlandırıcı (6+3 hücrelik) kaviteler, ana hızlandırıcı (9 hücrelik) kaviteler dizayn edilmiştir. Hızlandırıcı sistemlerin modellenmesinde 1.300 GHz çalışma frekans değerinde süper iletken (Nb) ve 2.856 GHz normal iletken (Cu) kavitelerde alan davranışları incelenerek elektron demetleri için en uygun iletim hattı oluşturulmuştur. Tabanca içerisinde foto katot üzerinden UV lazer ile sökülen elektronların, modellemesi yapılan kaviteler içerisinde, demetler halinde hızlandırılması ve hızlandırıcı sistem boyunca demet dinamiğinin modellemeleri ASTRA kodu kullanarak gerçekleştirilmiştir. 

  Yapılan çalışmalar sonucunda lineer elektron hızlandırıcı sistemlerde 0.2 - 7 nm dalga boyu aralığında, 〖10〗^30  - 〖10〗^31  foton/s/mrad^2/0.1%bg pik parlaklığında lazer ışınımı elde edebilmek için elektron demetlerinin ~ 3.5 GeV mertebesindeki enerji değerlerine ulaştırılması sağlanmıştır. 

Anahtar kelimeler: Kavite, Lazer, Undulatör, Süper İletken, Foto Katot.

Abstract:
Modelling of superconducting and normal conducting cavity, analyzing of electromagnetic field behaviour inside the cavity that is modelled and analyzing of electron beam dynamics in accelerating cavities is studied in the linear accelerators. Also linear free accelerator system's components is modelled from gun to undulator systems in which laser is produced at the end of the free electron laser system.

  Gun cavity (1½ and 3½ cell), and following in the beam line first accelerator linac cavity (6+3 cell) and main linac cavity (9 cell) is designed by utilizing POISSON/SUPERFISH (2D) and COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY (CST, 3D) programs which uses data's from analytical calculation of geometric parameters of cavities. In the modelling systems, superconducting (Nb) cavity at 1.300 GHz operating frequency and normal conducting (Cu) cavity at 2.856 GHz operating frequency of which electric and magnetic field distribution inside the cavities is studied. Thus the best transmission line is constructed for electron beams throughout the beam line. Using the ASTRA code, electron beams, is extracted from photocathode by using the UV lasers, dynamics is modelled throughout to acceleration system in more detail inside the cavity. As a result of our study, laser wavelength is achieved 0.1-100 nm, peak brilliance at 〖10〗^30  - 〖10〗^31  foton/s/mrad^2/0.1%bg with the simulations mentioned above by using 3.5 GeV energies that comes from main acceleration linac.

 Key Words: Cavity, Laser, Undulator, Superconducting, Photocathode.