Thm sinkrotron ışınımı tesisinin ön hızlandırıcısının optimizasyonu ve öngörülen dipol ve kuadrupol magnetlerin tasarımı
Optimization of the booster ring of the tac synchrotron radiation facility and design studies of the proposed dipole and quadrupole magnets
Yazar: ENDER AKDOĞAN
Danışman: PROF. DR. ÖMER YAVAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmanın ilk kısmında sinkrotron ışınımının (SI) fiziği ve hızlandırıcıya dayalı ışınım nesilleri incelenmiş, ardından sinkrotron ışınımı ile ilgili fiziksel kavramlar tanıtılarak ışınımın ana karakteristikleri ve parametreleri konusunda bilgiler verilmiştir. Daha sonra sinkrotron tipi hızlandırıcılarda demet optiğine değinilerek ihtiyaç duyulan magneto-optik örgülerin genel yapısı açıklanmış ve bir sinkrotronda kullanılan değişik tipte magnetlerin fiziği ele alınmıştır. Sinkrotron ışınımı tesislerinde ana halka öncesi enjeksiyon amacıyla kullanılması gerekli olan ön hızlandırıcı (booster) yapı için küçük ve büyük halka yaklaşımları ve bunların avantaj ve dezavantajları tartışılmıştır. Bu bilgiler ışığında Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) projesi kapsamında önerilen Sinkrotron Işınımı Tesisinin (TURKAY) yapısı ve öngörülen ön hızlandırıcı halka yapıları detaylandırılarak, küçük ön hızlandırıcı halka optimizasyonu ve öngörülen bütünleşik sekstupol/kuadrupol magnet (dört ve altı kutup etkileri tek yapıda) ve dipol magnet tasarımlarına tüm detaylarıyla yer verilmiştir. Ön hızlandırıcı sinkrotron halkası tasarımı için OPA ve MADX kodları, magnetlerin tasarımları için POISSON SUPERFISH, CREO, COMSOL ve RADIA benzetim yazılımları kullanılmış ve sonuçlar grafik olarak sunulmuştur. Daha sonra, Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda (USA), üretimi yapılmış bir düzeltici magnet üzerinde, magnet kalitesi, alan şiddeti ölçümleri ve hesaplama yöntemlerine ilişkin tüm süreci içeren çalışmalar APS-U projesi kapsamında yapılarak, sonuçları tez içerisinde sunulmuştur. Bu çalışma, önerilen THM-TURKAY tesisi için magnet yapılarının belirlenmesi, magnetik örgünün daha işlevsel olarak oluşturulabilmesi ve kullanılması, öngörülen değişik tipte magnetlerin detaylı tasarımı ve tanımlanması açısından tesisin kurulumu aşamasına doğrudan katkı sunacak önemli sonuçlar içermektedir.

Abstract:
In this study, the physics of synchrotron radiation (SR) and ray source generations are examined, then physical concepts related to synchrotron radiation are introduced and information about the main parameters of radiation is given. Information on beam optics of charged particles was shared and information was given on the physics of magnets used in a synchrotron ring in accelerator structures. Scientific and technological uses of synchrotron radiation are defined. By mentioning the studies on small and large booster ring approaches used in the accelerator facilities, the structure of the TURKAY facility, detailed booster structures, small pre-accelerator ring optimization and envisaged integrated sextupol/quadrupole magnet (four and six pole effects in one structure) and dipole magnet designs are included in all details. In this frame, OPA and MADX codes were used for the pre-accelerator synchrotron ring design, POISSON SUPERFISH, CREO, COMSOL and RADIA simulation softwares were used for the design of the magnets, and the results were presented by graphics. In addition, all operational tests were carried out to determine the field strength and field quality in the APS-U Magnet Measurement Laboratory, which was established in April 2019 within the scope of the APS-U project at the Argonne National Laboratory (ANL, US). The results have been presented. With this study, important results that will directly contribute to the installation phase of the facility in terms of determining the magnet structures for the proposed THM-TURKAY facility, creating and using the magnetic lattice more effectively, detailed design and definition of the various types of magnets foreseen have been revealed.