BREMSSTRAHLUNG FOTON HATTI İÇİN KOLİMATOR
TASARIMI
NİLGÜN DEMİR
Uludağ Üniversitesi
Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Bursa
dnilgun@uludag.edu.tr
BAŞLIKLAR
Tarla IR-SEL ve Bremsstrahlung tesisi
Bremsstraglung fotonlarının üretimi
Bremsstrahlung fotonlarının dağılımı
FLUKA simulasyon çalışmaları
TARLA IR-SEL ve Bremsstrahlung tesisi
Product detectors photon beam dump etc
Size 6X20 m
2Colli mator
N.Demir IX.THM YUUP Çalıştayı 3-5.12. 2010, Ankara
Bremstrahlung fotonlarının üretimi
Radiator target
e- Target
collimator
Experimental hall
detector Radiator
target
e- Target
collimator
Experimental hall
Radiator target
e- Target
Radiator target
e-
Radiator target
e- Target
collimator
Experimental hall
detector Bremsstrahlung hattındaki temel donanımların şematik gösterimi
1. LINAC: Ee=20 MeV 2. LINAC: Ee =40 MeV
Enerji
Yoğunluk
Elektron
Enerji
yoğunluk
Bremsstrahlung
Eg = % 80 Ee
Radyatör yeterince ince olmalı. Radyatör ile
deney bölgesindeki hedef arasındaki mesafe kısa tutulmalı.
Kolimatör kullanımı, demet spotunun daha iyi tanımlanmasını ve demet polarizasyonunu sağlar.
Saçılan elektronları belirlemek için geniş ölçekli spektrometreler kullanılmalıdır.
Demet doğrultusu civarında koninin polar açısı;
Koni, oluşan g nın %50 sini içerir.
Ee=20 MeV için Qc=25 mrad Ee=40 MeV için Qc=13 mrad
Bremsstrahlung fotonlarının dağılımı
N.Demir IX.THM YUUP Çalıştayı 3-5.12. 2010, Ankara
FLUKA Simulasyon çalışmaları
Metal X0 (g/cm2) rad.uzunluğu
Erime Noktası(0K)
radiator kalınlığı (mm)
Ta 6.828 3290 4
Nb 10.16 2750 10
Al 24.26 933.47 30
Radyatör materyallerinin özellikleri
Ee=15 MeV
0,1 1 10 100
0 50 100 150
Raditator thickness (mm) Ng *107 within 5 mrad
Nb Ta
Radyatör: Nb (Z=41) Al (Z=13) Ta (Z=73)
Radyatör kalınlıkları materyallerin X0 radyasyon uzunluklarının yaklaşık 10-3 katı alınmıştır.
Radyatörde depolanan enerji ve güç
1 10 100 1000 10000
0 20 40 60 80 100
kalınlık (mm)
P (W)
Nb Ta Al Nb radiator
0,00E+00 1,00E-02 2,00E-02 3,00E-02 4,00E-02 5,00E-02
0 20 40 60 80 100 120
kalınlık (mm ) DE(MeV/g/cm2 )
Nb radyatörde depolanan enerji (E=20MeV)
Üç farklı radyatör için üzerindeki güç (E=20MeV)
Optimum radyatör kalınlıklarında; Ta=4 mm Nb=10 mm Al=25mm
Depolanan güç 40 W civarında su soğutma sistemi yeterli olacak!!!
Air
radyator
Kolimator: konik yapılı Giriş açısı: 5 mm
Çıkış açısı: 24 mm Uzunluk: 2000 mm Materyal: Al ve Cu
Kolimatörün Geometrisi
Al ve Cu kolimatörlerden saçılan fotonların dağılımı, FLUKA simulasyon kodu kullanılarak hesaplanmıştır.
Simulasyonda;
radyatör materyali : 10 mm Nb Demet enerjisi: Ee=20 MeV
N.Demir IX.THM YUUP Çalıştayı 3-5.12. 2010, Ankara
Birincil elektron sayısı: 106
Isotope Abundance (%)
Sn(MeV)
27Al 100.0 13.1
54Fe 5.8 13.4
56Fe 91.7 11.2
57Fe 2.2 7.6
58Fe 0.3 10.0
63Cu 30.8 9.9
180Ta 0.01 6.6
181Ta 99.99 7.6
197Au 100.0 8.1
204Pb 1.4 8.4
206Pb 24.1 8.1
207Pb 22.1 6.7
208Pb 52.4 7.4
Foton saçılma deneylerinde sıkça kullanılan (radyatör ya da kolimatör)materyallerin özellikleri
Üretilen Bremsstrahlung fotonları,
kolimatörün materyaline ve enerjilerine bağlı olarak dikkate değer bir nötron akısına sebep olabilirler. Bunu en aza indirgemek için Sn değeri yüksek olan materyaller tercih edilmelidir.
Al en uygun olandır. ELBE’ de kolimatör saf Al’ dan yapılmıştır
Kolimatör radyasyon güvenliği açısından kalın ve yüksek konsantrasyonlu bir duvar içine hapsedilmelidir.
20MeV enerjili elektronların 10 mm kalınlıklı Nb
radyatörden saçılan
bremsstrahlung fotonlarının Al ve Cu kalorimetrelerinde bıraktığı toplam enerji
dağılımları.
Bremsstrahlung fotonlarının kolimatör boyunca ilerlerken yaptığı fotonükleer etkileşmeler sonucu açığa çıkan nötron akıları
FLUKA kodu ile hesaplanacaktır. Sonuca bağlı olarak kolimatör materyaline karar verilecektir.
FLUKA simulasyon programı, iyi bir istatistik açısından daha fazla birincil parçacıklarla çalıştırılıp farklı geometriler için tekrarlanacaktır.
Yapılması planlananlar
N.Demir IX.THM YUUP Çalıştayı 3-5.12. 2010, Ankara
