Uhf Bandında Kompakt Proton Hızlandırıcısı

Abstract

Hızlandırıcılar 21. yüzyılın en önemli teknolojilerindendir. Tıp alanından (görüntüleme, tedavi, ilaç vb.) savunmaya, nükleer yakıt üretiminden, atık imhasına kadar geniş bir yelpazede kullanılmaktadırlar. Dünyadaki 30 bin kadar hızlandırıcının yaklaşık %44?ü radyoterapide ve yine yaklaşık %41?i yarı iletken hazırlanmasında (iyon dikimi) ve malzeme yüzeyi işlemesinde kullanılmaktadır. Ülkemizde ise en yüksek kapasitelisi (30 MeV; 1,2 mA) TENMAK NÜKEN Ankara yerleşkesinde bulunmak üzere, döndürgeç (siklotron) tipi bir kaç proton hızlandırıcısı bulunmaktadır. Elektron hızlandırıcıları da eklenirse, araştırma kurumları dışında genelde tıp alanında kullanılan ve fiyatı 1,8-7M$ arasında değişen 200 üstünde cihaz olduğu söylenebilir. Hepsi yurtdışından satın alınarak kapalı-kutu kullanıldığı için tasarım, işletme ve bakımı konusunda gerçek bilgi birikimi oluşturulamamış ve Türkiye yurt dışına bağımlı hale gelmiştir. 2016?da tamamlanan bir TÜBİTAK projesi ile bir ulusal yazılım ortaya çıkarılarak bu bağımlılığın en azından proton hızlandırıcılarının ilk aşamasında düşük enerjili iyon demetini en etkin hızlandırma yöntemi olarak bilinen Radyo Frekansı dört-kutuplusunun (RFQ) tasarımı için ortadan kaldırılması mümkün olmuştur. RFQ kovuğu, icat edildiği 70li yıldan beri, bütün modern iyon (proton) hızlandırıcılarının ayrılmaz bir parçası olarak kendini ispatlamıştır. Türkiye?de RFQ hızlandırıcı tasarım, üretim ve işletme çalışmaları, TAEK?in bünyesinde başlamıştır. CERN LINAC4 RFQ?su ile aynı frekanstaki (352 MHz) bu makine Türkiye?de tasarlanmış ve üretilmiştir. CERN hızlandırıcı grubu daha sonra 750 MHz frekansıyla dünyanın en küçük proton doğrusal hızlandırıcısını geliştirmiş ve tıpta kullanılmak amacıyla `ADAM? firmasına devretmiştir. Hızlandırılmış protonlar tıp ve temel bilimlerin yanı sıra mühendislik alanlarında da kullanılmaktadır. Örneğin malzeme biliminde PIXE (particle-induced x-ray emission) yöntemi ile analizler standartlaşmış bir yöntemdir. Ancak proton hızlandırıcılarının taşınma zorluğu kullanımlarının yaygınlaşmasına engel olmuştur. Frekans arttırılarak hacmi küçültülecek olan bir RFQ uygun iyon ve RF güç kaynakları ile birleştirildiğinde taşınabilir bir PIXE makinesi haline getirilebilir. Böyle bir aygıt, zor şartlar (deniz, uzay) altında yapıların incelenmesi veya arkeolojik buluntuların, müzelerdeki eserlerin araştırılmasında kullanılabilir. Bu projede CERN?ün ulaştığı 750MHz?den daha da yukarıya çıkarak dünya rekorunu elinde bulunduracak şekilde 800MHz?de çalışacak bir RFQ tasarlanmış ve kovuğu iki modül halinde üretilmiştir. Kovuğun boyu, taşınabilir bir sisteme uygun olarak 1m?nin altında tutulabilmiştir. Sisteme güç verebilmek için çeşitli kamu ve özel kuruluşlardan hibe olarak alınan RF güç kaynakları ve demet hattı kurulmasına yönelik üniversite ve TÜBİTAK tarafından verilen tamamlayıcı desteklerle cihazın 2023 yılında devreye alınması planlanmaktadır. Dünya çapında teknolojik özgün değeri olan bir RFQ?nun yerli üreticilerimizin desteğiyle üretilebilmesi CERN gibi uluslararası merkezlerle yeni projeler geliştirilebilmesine olanak vermiştir. Hızlandırıcıdan alınacak olan yaklaşık 2MeV?lik proton demeti ile sadece PIXE çalışmaları değil, söz gelimi lityum hedefe çarptırılarak, nötron üretimi de gerçekleştirilebilecektir.