Sıfırıncı dereceden rezonanslı anten tabanlı elektron paketçik uzunluk monitörü
Zeroth order resonant antenna based electron bunch length monitor
Yazar: CAN DOKUYUCU
Danışman: PROF. DR. BARIŞ AKAOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Rezonatör = Resonator ; Spektrum = Spectrum

Özet:
Bu tezde, parçacık hızlandırıcılarında kritik öneme sahip paketçik uzunluğunun ölçümü için alternatif bir yöntem ele alınmıştır. Hızlandırıcılarda elektron demeti, paketçikler halinde kesikli olarak üretilir. Elektron demetinin içerisindeki bir paketçiğin uzunluğu (atma genişliği), hızlandırıcı kovukların ve çeşitli hızlandırıcı aygıtlarının düzgün bir şekilde çalıştırılabilmesi açısından önem arz etmektedir. Hali hazırda kullanılan ölçüm yöntemleri, karmaşık elektromanyetik ve optik yapılar içermektedir. Ayrıca kullanılan birçok yöntem demetin yok edilmesini gerektirmektedir. Elektron paketçikleri, iletken hat içerisinde ilerlerken elektromanyetik etkileşimlerden dolayı, ilerlediği metalik yapıların içerisinde temel frekanslarının uyarılmasına neden olur. Oluşan uyarımlar elektron paketçiğinin barındırdığı frekans bileşenlerinden kaynaklandığından, bu salınımların genliği paketçik uzunluğu hakkında bilgi barındırır. Düşük frekans bandındaki salınımların dalgaboyu büyük olacağından, tespit için gerekli yapı, demet hattı içerisine sığmayacaktır. Tez çalışmasında, paketçik boyutu hakkında bilgi veren harmoniklerin tespit ve analiz edilmesi için sıfırıncı dereceden rezonatör (SDR) anten kullanımı araştırılmıştır. SDR antenler, sağ ve sol elli iletim hatlarının kombinasyonu ile oluşturulan rezonatif yapılardır. Sağ elli iletim hatları doğada kendini gösterirken sol elli iletim hatları yapay olarak üretilebilir. Sol elli iletim hatları negatif kırılma indisine sahip olduklarından ters kırılma, tersine Cherenkov etkisi gibi kendine has özelliklere sahiptir. İki iletim hattının kombine olarak üretilmesi sonucunda, sıfırıncı rezonans durumu elde edilir. SDR frekansında, oluşan yapının boyutları dalgaboyundan bağımsız hale gelmektedir. Bu durum, düşük frekansta küçük yapıların oluşturulmasına olanak sağlar. Tez çalışmasında,  13MHz tekrarlama frekansı ve 450 ps atma genişliğine sahip elektron demeti için harmonik algılaması yapan SDR antenli prototip düzenek tasarlanarak üretim ve ölçümleri yapılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, 1351 MHz frekansında salınım yapan harmoniğin SDR antenler ile algılanabildiği gösterilmiştir.

Abstract:
In this work, an alternative method for measuring bunch length in particle accelerators is developed. In the particle accelerators, bunch length has a crucial importance for operating accelerator devices correctly. There are currently used methods for measuring bunch length that contains complex electromagnetic and optical systems. Moving charges inside of the metallic structure causes excitations of the fundamental modes. These excitations caused by frequency components of the electron bunch. Therefore, excited modes contains information about bunch length. In order to detect mode frequencies individually, resonator structures should be used to filter out unwanted frequencies. In general principle, low frequency resonators have bigger structures than high frequency resonators. In this thesis, zeroth order resonant antenna is proposed for the detection of the frequency components. ZOR antennas are metamaterial-based structures that corresponds from combination of the right and left handed transmission lines. Right handed transmission lines widely appear in nature, meanwhile left-handed transmission lines can only be created artificially. Combination of right and left handed transmission lines creates zeroth order resonance frequency. At the ZOR frequency, size of the structure becomes independent from wavelength. Because of that, with ZOR antennas, low frequency components of the electron beam could be detected without size problem.  In this work, a prototype of the designed measurement setup is prepared to detect harmonics of the electron beam with 13 MHz repetition rate and 450 ps bunch length. Results of the work showed that, ZOR antenna based measurement system can detect beam harmonic frequency at 1351 MHz.