TARLA için yüksek güçlü elektron demet durdurucusunun fiziği ve tasarımı

Abstract

Demet durdurucular, parçacık hızlandırıcılarda parçacık demetlerinin hareketlerine son verilmek istendiğinde kullanılan sistemlerdir. Bir demet durdurucusunun fonksiyonel olarak işletilebilir olması için; sistemin ısıl, nükleer, mekanik özellikleri önem arz etmektedir. Yüksek enerjili parçacık demetleri durdurucuya çarptığında sahip oldukları enerjiyi sisteme aktaracaktır. Bu durum ise durdurucuyu ısıtcak ve radyoktif hale getirecektir. Diğer yandan karmaşık yapıda olan demet durdurucularını oluşturmak için kullanılan tüm bileşenler, mekanik olarak imal edilebilir ve değiştirilebilir nitelikte olmalıdır.Bu tez çalışmasında Ankara Üniversitesi Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü bünyesinde kurulumu devam eden TARLA (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara) Tesisi için yüksek güçlü elektron demet durdurucusunun, nükleer fizik etkileşim analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada nükleer etkileşimler ve radyoaktif özellikler ön planda tutulmuş, mekanik tasarımın ayrıntısına girilmemiştir. Tasarım aşamasında Monte-Carlo Metodu'nu esas alarak çalışan FLUKA ve Geant4 simülasyon programları kullanılmış, demet durdurucusunun çekirdek malzemesi için alüminyum, bakır, karbon malzemeleri ve varyasyonları; zırhlama için kurşun, beton malzemeleri ve varyasyonları farklı geometriler ile denenmiştir.

Beam dumps are systems that are used in particle accelerators when it is desired to stop the movement of the particle beams. For a beam dump to be functionally operable; thermal, nuclear, mechanical properties of the system are important. When the high energy particle beams hit to the dump, they will transfer their energy to the system. Thus will heat up the dump nd make it radioactive. On the other hand, all components used to form the beam dumps of the complex structure must be mechanically manufactured and interchangeable. In this thesis, the design aspects of high power electron beam dump for the TARLA (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara) Facility -under construction at Institute of Accelerator Technologies of Ankara University- were discussed. Nuclear interactions and radioactive properties were prioritized in the study and no mechanical design was detailed. FLUKA and Geant4 simulation programs were used in the design phase based on the Monte-Carlo method, aluminum, copper, carbon materials and their variations for the core material of the beam dump; lead, concrete materials and their variations for shielding were tested with different geometries.