2) Hızlandırıcı Teknolojisi Birimi

Birimde hızlandırıcı, füzyon ve plazma alanlarında belirlenen stratejiler doğrultusunda araştırma faaliyetleri yürütülmektedir. Bu konularda dünyada yaşanan gelişmeler de yakından takip edilerek ve özellikle ülke içerisinde yürütülen çalışmalarda öncü rol oynayarak katkı sağlamak amaçlanmaktadır. Plazma ve füzyon çalışmaları kapsamında dünyada mevcut cihazlar göz önüne alınarak küçük füzyon reaktörleri tasarlanıp yerli imkânlarla imal edilerek füzyon çalışmaları yapılmaktadır. Hızlandırıcı çalışmaları kapsamında ise günümüzün en önemli teknolojilerinden biri haline gelmiş olan parçacık hızlandırıcıları ve teknolojileri konusunda demet hattı ve hızlandırıcı tasarımlanması, demet karakteristiklerinin belirlenmesi, bilgi ve personel alt yapısının geliştirilmesi hedeflenerek hızlandırıcı bileşenleri konusunda çalışmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmalar Füzyon Laboratuvarı, Plazma Teknolojisi Laboratuvarıve Hızlandırıcı Teknolojisi Laboratuvarı olmak üzere üç farklı laboratuvarda yürütülmektedir.

Hızlandırıcı Teknolojisi Birimi’nde yürütülmüş ve tamamlanmış olan projeler kapsamında plazma odak cihazı, 100 keV DC proton hızlandırıcısı ve eylemsiz elektrostatik sıkıştırmalı füzyon reaktörü tasarlanarak üretilmiş ve nötron üretme çalışmaları yapılmıştır. Tasarlanıp üretilen plazma odak ve IEC (Inertial Electrostatic Confinement) füzyon cihazları Türkiye’de ilk kez yapılmış nükleer füzyon reaktörleridir. Bu konulardaki deneysel çalışmalar Ülkemizde TAEK’te başlatılmış olup söz konusu çalışmalara devam edilmektedir.

Füzyon reaktörlerinden bir tanesi olan plazma odak cihazı, eş-eksenli silindirik elektrotlar arasında bulunan düşük basınçlı gazda pinch oluşturan ve kendi oluşturduğu manyetik alanla sıkıştırma yapan bir cihazdır. Bu cihaz ile yüksek yoğunluk, yüksek sıcaklık ve kısa ömre sahip plazma oluşturulur ve yüksek parçacık yoğunluğu, yoğun radyasyon yayımı, yüklü ve yüksüz parçacık üretimi gerçekleştirilebilir. Birimde cam ve paslanmaz çelik vakum odacığına sahip iki adet plazma odak cihazı yapılmış olup bu cihazlar ile Döteryum-Döteryum (D-D) nükleer füzyon reaksiyonu gerçekleştirilerek nötron üretimi yapılmış ve cihaz füzyon reaktörü olarak çalıştırılmıştır.

100 keV DC proton hızlandırıcısı, demet hattı benzetimi ve tasarımlarını yapabilmek, tasarlanan demet hatlarında ilgili yerlerde demet karakteristiklerini ölçebilmek ve diğer hızlandırıcı projelerine katkı sağlayabilecek bilgi ve personel alt yapısını oluşturabilmek amacıyla yapılmıştır. Yüklü parçacıklar hızlandırma düzenekleri ile 0 – 100 DC potansiyel farkları altında hızlandırılmıştır. İyon ve elektron demetleri bu hızlandırma düzenekleri ile elde edilmiş ve demet hattının girişinde ve sonunda demet karakteristik ölçümleri fosfor ekranlar ve Faraday kap vasıtası ile yapılmıştır.

Hızlandırıcı konusundaki çalışmalar  “1-5 MeV RF Kovuklu Proton Hızlandırıcısı Yapımı” isimli proje kapsamında devam etmiştir. Başta temel parçacık fiziği ve nükleer fizik deneyleri olmak üzere malzeme bilimi, kimya, biyoloji, endüstri, jeoloji, elektronik, tıp, nükleer atıkların temizlenmesine kadar yaygın kullanım alanı bulunan hızlandırıcılar, her geçen gün yeni yeni uygulama alanlarının ortaya çıkmasıyla günümüz kritik teknolojileri arasındaki yerini almıştır. Yüksek enerjilerde çalışan (hızlandırıcı tabanlı nükleer reaktörler gibi - ADS) bir proton hızlandırıcısı yapmak için bazı kademeleri geçmek gerekmektedir. Protonlar istenilen enerjiye bir anda çıkarılamazlar, kademeli olarak hızlandırılmalıdır. Böyle bir hızlandırıcının ilk kademesi ise bir RFQ (Radio Frequency Quadrupole) hızlandırıcısıdır. Bu hızlandırıcının özelliği yüksek akımlara (150 mA) sahip olabilmesidir. Bu projenin amacı, TAEK/SANAEM’de 1-5 MeV aralığında çalışacak bir hızlandırıcı kovuk tasarımı, üretimi ve geliştirilmesini kapsamaktadır.

Bu proje ile bir hızlandırıcının en can alıcı parçası olan hızlandırıcı kovuğun tasarımı, üretimi ve kullanım bilgisinin Türkiye’de ilk kez ve yerli imkânlarla yapılması hedeflenmiştir. Bunun yanı sıra bu projenin, hızlandırıcı konusunda genç araştırmacıları yönlendirmek, yetiştirmek ve yakın gelecek için etkin tasarımcı, üretici bir topluluk oluşturmak, üretime katkı sağlayacak Türk firmalarının bilgi birikimlerini artırmak ve üretim teknolojilerini öğretmek gibi milli amaçları da mevcuttur.

 Radyo Frekans Kovuk

Radyo Frekans Kovuk

 

Eylemsiz elektrostatik sıkıştırmalı IEC füzyon reaktörü, durağan plazma topu oluşturmak için kullanılan bir sistemdir. Elektrik alan kullanılarak plazma oluşturulmakta ve sistem içerisinde hapsedilmektedir. IEC cihazında küresel eş-merkezli elektrotlar kullanılarak parçacıklar yüksek enerjilere (40 – 200 keV) hızlandırılır ve füzyon reaksiyonlarının gerçekleşmesi sağlanır. Bu birimde oluşturulan küresel IEC füzyon reaktöründe D-D füzyon reaksiyonu gerçekleştirilmiş ve sürekli kipte 105 nötron/saniye mertebesine ulaşılmıştır.

Birimdeki füzyon ve nötron çalışmaları “Manyetik Sıkıştırmalı Silindirik Füzyon Reaktörü Yapımı ve Nötron Çalışmaları” isimli proje adı altında devam etmektedir. Bu proje kapsamında Ar-Ge amaçlı tasarlanarak imal edilen manyetik sıkıştırmalı silindirik füzyon reaktörü ile D-D füzyon reaksiyonu gerçekleştirmek, en uygun cihaz karakteristikleri belirlenerek kararlı bir nötron verimi elde etmek, manyetik sınırlama ve iyon kaynakları ile nötron verimini arttırmak hedeflenmektedir.

Cihaz basit olarak, yakıt gazı ile doldurulmuş anot olarak kullanılan vakum odacığı ve merkezinde bir katottan oluşur. Katoda yüksek negatif gerilim uygulanırken anot sıfır potansiyelde tutulur. Elektrotlara yüksek gerilim uygulanması elektrotlar arasındaki çalışma gazının iyonlaşmasını sağlamaktadır. Üretilen iyonlar elektrostatik kuvvet yardımıyla negatif potansiyelli katoda doğru hızlandırılır ve yoğun çekirdek bölgesine ulaşırlar. Bu iyonlar yoğun çekirdek bölgesine ulaştıklarında yeteri kadar enerjiye sahip iseler füzyon reaksiyonu gerçekleştirirler.

Bu projede silindirik IEC reaktörü yüksek nötron/proton elde etmek için tasarlanmıştır. Kararlı bir nötron veriminin elde edilmesi için en uygun cihaz karakteristikleri belirlenecektir. Ayrıca vakum odacığındaki iyon yoğunluğunu arttırmak için döteryum iyon kaynakları ilave edilecek ve iyonların merkez eksen boyunca yoğunlaşması sağlamak için manyetik sınırlama kullanılacaktır.