TARLA (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory of Ankara) tesisi yani Türk Hızlandırıcı ve Işınım Laboratuvarı, Ankara Üniversitesi Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü bünyesinde kurulumu devam eden ülkemize ve bölgemize hizmet vermeyi amaçlayan hızlandırıcı tabanlı kullanıcı laboratuvarıdır.
TARLA, bünyesinde barındırdığı altyapı ve ürettiği ikincil parçacıkları ile, Polonya’daki SOLARIS ve Ürdün’deki SESAME sinktrotron tesislerine alternatif, AB-13 ve Doğu Akdeniz ülkeleri arasındaki coğrafi boşluğu tamamlayacak nitelikte, bölgede ilk ve tek hızlandırıcı tabanlı araştırma altyapı yatırımıdır.
State-of-art süper-iletken teknolojiye dayalı olan süperiletken hızlandırıcılar ile 40 MeV (milyon elektronvolt)‘e kadar hızlandırılan elektron demeti kullanılarak ilk aşamada Gama (Bremsstrahlung) ışını ve kızıl-ötesi bölgede Serbest Elektron lazeri (SEL) üretilmesi amaçlanmaktadır. Çok güçlü elektron demeti ve bu demet ile üretilen ikincil ışınımlar ile birlikte, TARLA, parçacık hızlandırıcı araştırma, uzmanlık ve yenilik için benzersiz ve dünya çapında çok disiplinli bir merkez olmayı hedeflemektedir.
Aralık 2020 döneminde 6550 sayılı kanun kapsamında İleri Araştırma Merkezi statüsünü kazanmış olup ülkemizin sınırlı sayıda araştırma merkezlerinden biri olarak çalışmalarına devam edecektir.
Hızlandırıcı tabanlı araştırma altyapıları geleneksel enstrümanlar ile yapılamayan deneylerin yapılabilmesini olanaklı kılar. Tesisleri oluşturan hemen hemen tüm bileşenler ileri teknoloji ya da teknolojinin sınırlarını belirleyen sistemlerdir.
TARLA tesisinin üç temel kurulum hedefi bulunmaktadır:
- 15-40 MeV enerjili elektron demetini, 35 mm ve 110 mm periyot uzunluğuna sahip farklı iki salındırıcı magnet (mıknatıs) sistemini kullanarak 4-350 μm dalga boyu aralığında Serbest Elektron Lazeri (SEL) üretmek.
- 0-30 MeV enerjili elektron demetini ve üç farklı radiator-colimator düzeneğini kullanarak Bremsstrahlung ısınımı üretmek ve nükleer yapı çalışmaları yapmak.
- 0-40 MeV enerjili elektron demeti ile doğrudan sabit hedef deneyleri yapmak.
Ülkemize ve bölgemize hizmet verecek olan TARLA tesisinde yukarıda belirtilen hedeflere ulaşmak amacıyla elektron demetini 40 MeV enerjiye hızlandırabilmek için temelinde süper iletken özellikte iki adet hızlandırıcı donanım kullanılacaktır. Elektron demetinin (250 keV’den 40 MeV enerjiye hızlandırılacak) zaman yapısının ayarlanabilir yüksek akımlı sürekli demet (CW) ve düşük akımlı atmalı demet özelliklerinde olması amaçlanmaktadır.
Tesiste elde edilecek olan ve geleneksel lazerlerden pek çok parametre bakımından daha kaliteli ve üstün olan serbest elektron lazeri ile (monokromatiklik, ayarlanabilir enerji, yüksek oranlı kutuplanabilirlik vb.) savunma sanayi, nükleer tıp, temel bilimler, uzay ve haberleşme, nükleer araştırmalar, malzeme teknolojisi, nanoteknoloji ve sağlık gibi pek çok alanda araştırmalar yapılabilecek ve kullanıcı sektörlere hizmet verilebilecektir.
TARLA tesisinde; ana hedeflere ulaşmak için altyapıda üç önemli deneysel bölüm bulunmaktadır:
- Hızlandırıcı Bölümü ( Accelerator Hall)
- Serbest Elektron Lazeri Bölümü ( FEL Hall)
- Nükleer Deney İstasyonu (Nuclear Experiment Hall)
Ayrıca tesiste bu üç bölümün yanı sıra disiplinler arası araştırmalara olanak sağlayacak deney istasyonları bulunmaktadır. Bir kısmı halihazırda kullanıcıya hizmet veren bu deney istasyonlarının bir kısmının ise kurulumu devam etmektedir.
Tesis kendine yetebilen bir mekanik tasarım-üretim sanayii şeklinde tasarlanmıştır. TARLA tesisinde kullanılan mekanik aksamlar ve özellikle hızlandırıcı bölümünde kullanılan elektronik donanımların büyük çoğunluğu tesiste bulunan elektrik ve mekanik atölyelerinde üretilmektedir. Endüstriyel anlamda pek çok tasarım ve üretim için yerli sanayi tercih edilmekte ve teşvik edilmektedir.
TARLA’nın Bölümleri
TARLA’nın Hızlandırıcı Bölümü
250 keV elektron kaynağı, 2 adet alt harmonik RF kovuk içeren normal iletken enjektör, 2 adet 20 MeV enerjili süperiletken RF kovuk, yönlendirici magnetler, spektrometreler, elektromıknatıslar, RF yükselteçler, analog dijital kontrolcüler vb. pek çok tasarımsal ve elektriksel donanımı sisteminde barındıran bu bölümde elektron demetlerini hızlandırma işlemi gerçekleştirilecektir. Enjektör ve hızlandırıcılar olmak üzere iki ana donanım ve diğer yan bileşenlerden oluşan bu bölümde;
Enjektörün katotunda bulunan ve 6 Volt gerilim sayesinde 1200 °C’ye kadar ısınan BaO (baryum oksit) filamentin oluşturduğu elektron bulutu, anottaki 300 kV (kilovolt / 1000 V = 1 kV) gerilim sayesinde 100-250 keV (kiloelektronvolt / 1000 eV = 1 keV) enerjili elektron demetini oluşturmaktadır. Aralarında demet sıkıştırıcı bulunan iki adet süperiletken doğrusal hızlandırıcı sayesinde, oluşan elektron demetinin 5-40 MeV enerjiye hızlandırılması planlanmaktadır.
Süperiletken hızlandırıcı kavitelerin çalışabilmesi için çok düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyulmaktadır. TARLA’nın He (helyum) soğutma sistemi sıcaklığın 1,8 K (16±0,2 mbar) (kelvin / 1,8 K = -271,3 °C)’e kadar düşürülebilmesini sağlamaktadır.
Hızlandırıcı bölümünü, nükleer deney istasyonu ve serbest elektron lazeri bölümü takip etmektedir. Ayrıca elektronların; kurşun hedefe çarptırılmasıyla fisyon araştırılmaları, malzeme ve nükleer fizik çalışmalarında kullanılabilecek 0-30 MeV enerjili nötronlar, W (tungsten) moderatöre çarptırılmasıyla malzeme bilimi, yarıiletken teknolojisi ve üretimi gibi alanlarda çalışmalara imkan sağlayan 10-300 keV enerjili pozitronlar, eğici mıknatıslardan geçirilmesiyle malzeme bilimi ve dedektör çalışmalarında kullanılabilen THz ışınımı ve kristal kanallama işleminden geçirilmesiyle radyasyon fiziği ve radyobiyoloji alanlarında kullanılabilen 10-100 keV enerjili X ışını elde edilebilecektir.
TARLA’nın elektron demetinin doğrudan kullanılması
- Radyobiyoloji,
- Thomson saçılması,
- Elektron kırınımı, gibi çalışmalara olanak sağlamaktadır.
TARLA’nın Serbest Elektron Lazeri Bölümü
Kurulum aşamasında olup, 35 mm ve 110 mm periyotlu 2 adet salındırıcı, optik kaviteler, demet durdurucular, lazer hizalama sistemleri, demet hattı elemanları vb. donanımların bulunacağı bölümde;
- Dalga boyu geniş bir spektrumda ayarlanabilir;
- MegaWatt mertebesinde puls (atma) enerjili;
- Sürekli veya kısa makro atma modunda pikosaniye süreli ayarlanabilir (order of 10–1000 optical cycles);
- Kontrol edilebilir pulse tekrarlama oranı (from 13 MHz down to several kHz);
- Kontrol edilebilir uzunluk/bant genişliğine sahip eş fazlı atmaya
vb. özelliklere sahip, diğer ışık/lazer kaynakları ile yapılması çok zor veya imkansız olan deneylerin Serbest Elektron Lazeri (SEL) ile yapılabilmesi amaçlanmaktadır.
Nükleer Deney İstasyonu
Bremsstrahlung ya da frenleme radyasyonu, yüklü bir parçacığın, başka bir yüklü parçacık tarafından saptırılarak yavaşlaması sonucu meydana gelen elektromanyetik radyasyondur. Genelde bir elektronun, atom çekirdeği tarafından saptırılmasıyla oluşmaktadır. TARLA’da bu saptırma Al (alüminyum) ve Nb (niyobyum) tarafından gerçekleştirilmektedir.
0-30 MeV enerjili elektron demetini kullanarak elde edilecek yüksek enerjili Bremsstrahlung ışınımı ile nükleer yapı çalışmaları yapmak nükleer deney istasyonunun ana hedefidir.
Bremsstrahlung demetini kullanarak;
- Foton saçılma ve ayrılma deneyleri; nükleer yapı ve astrofizik deneyleri,
- Yüksek enerjide çalışacak detektörlerin incelenmesi; uydu uçak parçalarının testleri,
- Malzeme biliminde pozitron sönüm-yok-oluş deneyleri; hacimsel malzeme incelemeleri gibi pek çok deney yapılabilecektir.
Ayrıca bu deney istasyonunda elektron demetinin kendisini kullanarak;
- Elektron saçılma deneyleri ve X-ışını kristalografisi,
- Pozitron deneyleri yapmak da mümkün olacaktır.
TARLA’daki Diğer Deney İstasyonları
TARLA tesisinde üç ana hedefin yanı sıra elde edilecek serbest elektron lazerinin, kullanıcılardan gelecek talepler doğrultusunda ayarlanabilir enerji ve dalga boyu ile farklı çalışmaların yapılması da mümkündür.
Bir kısmı halihazırda kullanıcılara hizmet veren deney istasyonlarının diğer bölümlerinin kurulumu devam etmektedir. Tesiste birisi lazer teşhis olmak üzere toplam 6 deney odası ve 1 malzeme hazırlama laboratuvarı bulunmaktadır.
5 adet deney istasyonu ISO Class 7, 1 adet Deney Malzeme hazırlama odası ISO Class 6, 1 adet demet hattı malzeme hazırlama odası ISO Class 5, 1 adet demet hattı malzeme temizleme odası ISO Class 5 sertifikasına sahiptir.
Deney İstasyonları;
- IR Spektroskopi Laboratuvarı (“Türkiye’de ilk ve tek” nm çözünürlüğünde IR spektroskopi için kullanılan Nano-FTIR; μm çözünürlükte IR spektroskopi için kullanılan standart FTIR; UV-Vis-NIR Spektrofotometre)
- Pompa-Gözlem Laboratuvarı (fs atmalı Geçici soğurma spektroskopisi (TAS), S-MOKE, TR-MOKE deney düzenekleri)
- Hızlandırıcı parçalarının montaj/demontaj yapıldığı Temiz Oda (Saf su üretim cihazı/Ultrasonik Temizleyici, Kurutma Fırını/Ön Yıkama Makinesi/Turbo Moleküler Pompa/İyon Pompası/Basınç Ölçerler/Sıcaklık Sensörleri)
Yukarıda isimleri verilen deney istasyonlarının dışındaki diğer iki laboratuvarı henüz kurulum aşamasındadır.
Medikal Linak (Hızlandırıcı)
TARLA tesisinde kullanılmakta olan diğer bir hızlandırıcı ise medikal linaktır. Medikal Linaklar TARLA ana hızlandırıcısı gibi hızlandırıcı çalışma prensiplerine dayanan lineer elektron hızlandırıcısıdır. 4-21 MeV enerji çıkışlı elektron hızlandırıcısı medikal linaklar ile Bremsstrahlung fotonları elde etmek ve bu fotonları nükleer deneylerde kullanmak mümkündür.
Genellikle adını tıpta teşhis ve tedavi alanında duymaya alışık olduğumuz medikal linak cihazı ile TARLA tesisinde radyasyon ışınlama deneyleri ve fotonükleer reaksiyonlar gibi nükleer deneyleri yapmak mümkündür.
TARLA Araştırma Potansiyeli
TARLA tesisinde kurulumu tamamlandıktan sonra Serbest Elektron Lazeri ve Nükleer Deney İstasyonu ile pek çok alanda araştırma ve uygulamaları yapılabilir.
- (Biyo) Fizik, (Biyo) Kimya, Optik Malzeme (Görüntüleme, spektroskopi…Kırınım, saçılma / plazma çalışmaları),
- Malzeme: Görüntüleme, spektroskopi…Kırınım, saçılma / plazma çalışmaları,
- Biyoteknoloji, Nanoteknoloji,
- Nükleer Fizik, Astrofizik, Enerji,
- Sterilizasyon, Baca gazı temizleme, Atık su temizleme,
- Tohum Islah / Suş / Tagniş Çalışmaları,
- Gıda Işınlama,
- Elektron demeti kaynak,
- 3B elektron demeti yazıcısı,
- Polimer Çapraz bağlama,
- Malzeme Ar-Ge,
- Terapi Ar-Ge, BNCT, Foto Termal Terapi,
- Mikrodalga, UHV, uTCA, Optik,
- Radyasyon dayanım.
TARLA tesisinde altyapıyı işletime almak ve devamında yapılacak araştırmalar ise tesisin aşağıdaki faaliyet alanları ile iç içe olmasını sağlayacaktır:
- Hızlandırıcı bilimi ve teknolojisi,
- Foton (parçacık ışık) bilimi ve teknolojileri,
- Malzeme bilimi ve teknolojisi,
- Nükleer teknolojiler,
- Sağlık,
- Mikrodalga / RF teknolojileri,
- Radyasyon fiziği ve bağlı teknolojileri,
- Yüksek hassasiyetli mekanik aksamların üretimi,
- Soğutma teknolojileri,
- Kontrol Mühendisliği ve Yazılım Teknolojisi.
Temel ve mühendislik birimleri arasındaki disiplinler arası ilişkiler sayesinde pek çok alanda uygulama yapma imkanı bulunur.
- Nano ve Mikro Teknoloji,
- Biyoteknoloji,
- Gıda Güvencesi, Gıda Üretimi ve İşleme Teknolojisi,
- Mekatronik,
- Hesaplamalı Bilim ve Mühendislik,
- Sensör Teknolojileri,
- Optomekanik , Elektroopitk ve Fotonik,
- İleri ve Akıllı İmalat.
İşbirlikleri
TARLA ileri araştırma altyapısı ile; Üniversiteler, Kamu Kurum ve Kuruluşları, Özel Sektör, Benzer Tesisler, Araştırmacı, ziyaretçi ve stajyerlere hizmet verebilecektir.
TARLA alanında dünyaca tanımış çok sayıda merkez ile uluslararası anlaşmalar ve ortak işbirliği içerisindedir.
- Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN, İsviçre),
- Alman Elektron Sinkrotronu (DESY, Almanya),
- ELBE Hızlandırıcı Enstitüsü (HZDR, Almanya),
- HZBBESSY II Sinkrotron Merkezi (Berlin, Almanya),
- Cockcroft Hızlandırıcı Enstitüsü (Daresbury, İngiltere),
- IHEP Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü ( Pekin, Çin),
- Euro XFEL GmbH (Hamburg, Almanya)
- ESS (İsveç),
- DESY (Hamburg, Almanya)
TARLA, Türkiye’de hızlandırıcı tabanlı radyasyon kaynaklarının hızlandırıcı teknolojisinin ve kullanıcı potansiyelinin yaygınlaştırılması için projeler yürütülmekte olup aynı zamanda uluslararası Compactlihgt, Calipsoplus, SESAME hızlandırıcı projelerinde de görev alınmaktadır.
Bunlara ilaveten, TARLA, Türkiye’nin önde gelen akademik ve araştırma üniversiteleri olan ODTÜ, Bilkent Üniversitesi ve Koç Üniversiteleri ile ulusal işbirliği anlaşmalarına sahip olmakla birlikte, savunma sanayisinden ASELSAN ile işbirliği yapmaktadır.
TARLA, fizik, kimya gibi temel alanların yanı sıra pek çok teknoloji ve mühendislik alanını içinde barındıran tesiste üniversite öğrencilerine staj ve ulusal / uluslararası araştırmacılara çalışma ve araştırma imkânları da sunulmaktadır.
TARLA, planlanan tüm bölümleri aktif olarak kullanıma sunulduğunda; ülkemizde malzeme bilimi, lazer ve fotonik, izotop üretimi, savunma sanayii, nükleer spektroskopi, astrofizik, ziraat, çevre, kimya, ilaç, tıp, nanoteknoloji, biyoteknoloji, genetik, uzay ve enerji vb. alanlarda ileri düzey araştırma ve geliştirmeye imkân sunacaktır.
Yazılı ve görsel kaynak sunmalarından dolayı Türk Hızlandırıcı ve Işınım Laboratuvarı’na teşekkür ederiz.
