Radiation environment predictions for the imece satellite and G4beamline simulations for the METU-DBL project

Abstract

İMECE uydusu Alçak Dünya Yörüngesinde (ADY) yer gözlem uydusu olarak 2020' den sonra görev yapacaktır. İMECE uydusunun elektronik bileşenleri yörüngesinde relativistik yüklü parçacıklara maruz kalacaktır. Hassas elektronik bileşenlerin ve malzemelerin başarısını ve güvenilirliğini etkileyebilecek olan radyasyon ortamı SPENVIS programı kullanılarak çalışılmıştır. Uzay ortamının benzetimleri yapıldıktan sonra, uzayda kullanılması planlanan hassas elektronik bileşenlerin ve malzemelerin radyasyona dayanıklı olarak nitelendirilebilmesi için test edilmeleri gerekmektedir. Radyasyon etkileri üç gurupta toplanabilir; Tekil Olay Etkileri (SEE), Toplam İyonize Doz Etkileri (TID) ve İyonize Olmamış Doz Etkiyen Yer Değiştirme Hasarı Etkileri. Günümüzde TID testleri Türkiye'de gerçekleştirilebilirken, SEE testleri henüz gerçekleştirilememektedir. Milli uydu projelerinden doğan ihtiyaç sebebi ile SEE testlerini gerçekleştirebilmek için Türkiye Atom Enerji Kurumu (TAEK)'nun Proton Hızlandırıcı Tesisi (PHT)'nde yer alan Ar/&Ge odasında bir demet hattı kurulmaktadır. Kurulan demet hattı, hedef bölgesinde ESA-ESCC No:25100 standardı'na uygun bir demet sağlayacaktır. Gerekli parametrelere sahip bir demeti elde etmek için dört kutuplu mıknatıslar ve saçılmalı folyolardan sonra kolimatörler kullanılmıştır. Bu tezde, Ar/&Ge odasındaki çeşitli demet elemanlarından gelen radyasyon doz ortamı ve özellikle hedef bölgesi, G4beamline benzetim programı kullanılarak dataylı olarak çalışılmıştır. Ayrıca nükleer reaktördeki radyasyon ortamına benzer radyasyon testleri yapabilmek için bir demet hattı ön tasarımı yapılmıştır.

IMECE Satellite will be an Earth observation satellite in Low Earth Orbit (LEO) planned for launch after 2020. Electronic components of the IMECE Satellite will be exposed to a radiation environment in its orbit in space which consists mostly of relativistic charged particles. This radiation environment which can affect the performance and reliability of sensitive materials and electronics is studied using the SPENVIS program. After simulating the space radiation environment, sensitive electronic components and materials intended for space use must be tested to qualify as radiation tolerant components. Radiation effects can be categorized in three groups; Single Event Effects (SEE), Total Ionizing Dose (TID) and Non-Ionizing Dose Displacement Damage Effects. Currently, TID tests can be, but SEE tests cannot be conducted in Turkey. To perform SEE tests, a beam line is being constructed in the R/&D room of the Turkish Atomic Energy Agency (TAEA) Sarayköy Nuclear Research and Training Center (SANAEM) Proton Accelerator Facility (PAF). The beam line will provide a final beam profile and energy that will satisfy the requirements of the ESA-ESCC No:25100 standard. To obtain a beam with the desired parameters, quadrupole magnets and collimators after scattering foils are employed. The radiation dose, received by various beamline elements, environment in the R/&D room and especially the target area has been studied with a G4beamline simulation in detail in this thesis. Also, a preliminary study to perform radiation tests at the radiation doses relevant for nuclear reactors is presented.