Search

Doğan, Mustafa (Dogus Author) -- Conference full title: 5th International Particle Accelerator Conference, IPAC 2014; International Congress Center DresdenDresden; Germany; 15 June 2014 through 20 June 2014. Within last decade a linear accelerating structure with an average loaded gradient of 100 MV/m at 12 GHz has been demonstrated in the CLIC study. Recently, it has been proposed to use the CLIC structure to drive an FEL linac. In contrast to CLIC the linac would be powered by klystrons not by a drive beam. The main advantage of this proposal is achieving the required energies in a very short distance, thus the facility would be rather compact. In this study, we present the conceptual design parameters of a facility which could generate laser photon pulses covering the range of 1-75 Angstrom. Shorter wavelengths could also be reached with slightly increasing the energy.

1st International Particle Accelerator Conference, IPAC 2010 -- 23 May 2010 through 28 May 2010 -- Kyoto -- 100155, The Turkish Accelerator Complex (TAC) was proposed to Turkish State Planning Organization (DPT) as a regional facility for accelerator based fundamental and applied research center in 1997 [1]. After completing Feasibility Report (FR, 2000) [2,3], and Conceptual Design Repot (CDR, 2005) [4], third phase of project is started in 2006 as an inter-universities project with support of DPT. TAC collaboration includes ten Turkish Universities: Ankara, Gazi, İstanbul, Bogaziçi, Doguş, Uludag, Dumlupinar, Nigde, Erciyes and S. Demirel and around hundred scientists and students. Third phase of project has two main scientific goals: to write Technical Design Report (TDR) of TAC and to establish an Infrared Free Electron Laser (IR FEL) facility as a first step. The TAC complex will include a 1 GeV electron linac and a 3.56 (4.5) GeV positron ring for linac on ring type electron-positron collider as a charm factory and a few GeV proton linac. Besides the particle factory, it is also planned to produce SASE FEL from electron linac and synchrotron radiation from positron ring. It is planned that the Technical Design Report (TDR) of TAC Project will be completed in 2013. Furthermore, as the first step, an Infrared Free Electron Laser (IR-FEL) facility in oscillator mode will be established in order to become familiar to accelerator technology. This facility is now called Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA) since located at Golbasi town 15 km South of Ankara, Turkey. In this study, the status of TAC project is presented and latest considerations are given.

Turkish International Cooperation Agency.

Nükleer Rezonans Floresans (NRF) yöntemlerinin nükleer spektroskopi açısından karşılaştığı bazı deneysel sorunlara çözüm getirecek şekilde son yıllarda araştırma grubumuzca gündeme taşınan Serbest Elektron Lazeri (SEL) - Çekirdek çarpıştırırlarının nükleer spektroskopi açısından getireceği yenilikler ve sağlayacağı avantajlar tartışılmıştır. Son yıllarda mevcut veya inşa halinde olan hadron hızlandırıcılarının ( RHIC, HERA, LHC v.b.) iyon programlarıda dikkate alınarak yapılan ve C, Pb, Th, Ce, Sm gibi çekirdeklerin uyarılmalarının spektroskopik açıdan incelenmesinde SEL-çekirdek çarpıştırırlarının önemini irdeleyen çalışmalar yapılmıştır. Bu tür bir çarpıştırırda elde edilebilecek olay sayıları, kollektif uyarılmaların spektroskopisi için sağlanan avantajlar, bozunum genişliği, spin ve parite belirlenmesinde bu çarpıştırıcının araştırma potansiyeli örnek hesaplama ve incelemeler ile gösterilmiştir. Çarpıştırıcının ana parametreleri ve genel tasarımı verilmiş ayrıca hızlandırıcı, dedektör ve fizik açısından çözülmesi gereken problemlere dikkat çekilmiştir. Örnek bir SEL-Çekirdek çarpıştırıcısı olarak CLIC ve LHC’ye dayalı çarpıştırır ele alınmış ve kurşun çekirdeği için bazı sonuçlar verilmiştir., In this paper, experimental problems of traditional Nuclear Resonance Floresance (NRF) methods are considered and the advantage of Free Electron Laser (FEL) - nucleus colliders to overcome of these problems are discussed. Existing hadron accelerators (RHIC, HERA, LHC etc.) are considered to accelerate fully ionised nucleus beams. In recent years, some research results are published for the physics search potential of FEL-nucleus colliders considering excitation levels of C, Pb, Th, Ce and Sm nucleus. In these studies, electron and ion beam parameters are given and event rates, luminosities and needed FEL energies are calculated. Determination of unknown decay widths, spin and parity values of different excitation levels by this type collider are discussed. General design of such a collider is given and the open problems of design in view of accelerator and and detector are listed. As an example, , CLIC-LHC based FEL-nucleus collider is considered and some results for Pb excitations are given.

IV ÖZET Yukarı Zamantı Havzası 'run hidrolojik analizinin amaçlandığı bu çalışmada, Altınyayla, Bakırdağ, Elbaşı ve Yedioluk yerleşimleri arasında kalan 6334.8 km 'lik alanda, önceki çalışmalardan yararlanılarak, 1/250000 ölçekli hidrojeoloji haritası hazırlanmış, kar erimesine etki eden faktörler belirlenmeye çalışılmıştır. Zamantı Irmağı kuzey 'de bulunan Uzunyayla'da 1650 m yüksekliğindeki Şerefiye Kaynağı'ndan akmaya başlayıp, 140 km yol alarak havzayı 1270 m yüksekliğinde terketmektedir. Îklimin etkisiyle, havzaya düşen yağışın yaklaşık %60'ını kar yağışı oluşturmaktadır. 1 960 m yüksekliğe kadar ölçülen kar eriyerek, Nisan-Mayıs aylarında çok büyük pik akımların oluşmasına sebep olmaktadır. 1960 m yüksekliğine kadar yapılan kar ölçümlerine göre, yüzeyaltına ve yeraltına doğru olan akım, toplam girdinin %8'ini oluşturmaktadır. Bu değerin, 1960-3200 m yükseklikleri arasındaki kar değerlerinin eklenmesiyle çok daha büyük bir değer alacağı muhakkaktır. Kar yağışının fazla olduğu yıllarda yüzey akımının arttığı gözlenmiştir. Akım pikleri, erime periyoduna rastlamaktadır. 1470 m yüksekliğe kadar yağmur yağışı artmakta, daha yükseklere doğru yerini kar yağışına bırakmaktadır. Genelde Mayıs ayı basma kadar süren erime mevsimi yüksek kesimlerde Haziran ayı basma kadar uzamaktadır. Kar su eşdeğeri ve kar yoğunluğundaki değişimler, örtüdeki değişiklikleri ortaya koymaktadır. Kar yağışı potansiyelinin fazla olduğu havzada kar gözlem istasyonu ağı sıklaştırılman, havzanın sahip olduğu bu potansiyel, irili ufaklı su yapılan ile değerlendirilmeye çalışılmalıdır. ABSTRACT The aim of this study is the analysis of the Upper Zamanti River Basin hydrology, which is surrounded by Altinyayla, Bakırdağ, Elbaşı and Yedioluk townships, and has an area of 6334.8 km. The hydrogeological map with a scale of 1/250000 have been compiled from previous studies and the factors which are effect on snowmelt are tried to analyzed. The elevation has a range of 380 m between the starting point (Uzunyayla at 1650 m) from Şerefiye Spring and outlet of the basin (at 1270 m) for Zamanti River. The length of the river flow path is about 140 km. 60% of the precipitation occured as snowfall as a result of the climatic conditions. The peak flow caused by the melting of snow pack is generally observed in Zamanti River on April and May. According to the snow depth and water equivalent measurements up to an elevation of 1960 m, the infiltration ratio is estimated as 8 percent. When the contribution of the part of the basin above the elevation of 1960 m (up to 3200 m) is considered, this ratio would increase. A strong correlation has been observed between the rate of flow and the amount of the snowfall. The peak flow periods matches with the melting period. The amount of rainfall increases with the elevation up to a height of 1470 m, where after, it is replaced by snowfall. The melting period lasts until the early May; where in higher elevations, it continues to the beginning of the June. The variations of snow water equivalent and density illustrates the causes of the changes of the snowpack. The snow observation station network should be densed in the basin where the snow potential is very high; and this potential should be tried to validate by different sized water structures. 88

Ill ÖZET Doktora Tezi Lineer ve Lineer Olmayan Örgü Titreşimleri ve Örgülerde Kaos Analizi Ömer YAVAŞ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Damşman:Prof.Dr. Nuri AKKAŞ 1992, Sayfa:189 Jüri: Prof.Dr.Nuri AKKA§ ; Prof.Dr.Zekeriya AYDIN Prof.Dr.Torgut TOKDEMİR Bu çalışmada lineer ve lineer olmayan örgü titreşimleri ve bu titreşimler için kaos dinamiği incelenmiştir. Tek boyutta n parçacıktan oluşan lineer monatomik ve diatomik örgü ile lineer olmayan üstel etkileşmeli örgü için titreşim analizi yapılmıştır. Periyodik ve soliton çözümleri analitik ve sayısal olarak incelenmiştir. Parçacıklar arası etkileşme potansiyeli olarak üstel Toda, üstel Morse ve birleştirilmiş üstel potansiyelleri abnarak tek boyutta ve iki boyutta sürülmüş ve söndürülmüş lineer olmayan örgü modelleri için kaotik titreşim anal izi yapılmıştır. Her bir örgü modeli için parametre uzayında kaos diagramları, başlangıç koşullarına duyarlılık, ve her bir dinamik davranış türüne ait zaman çözümleri, güç spektrumları, faz uzayı çekicileri, Lyapunov üstelleri, Poincare ve stroboskobik haritalar ve çekicilerin kesirsel boyutları parametrik ve sayısal olarak incelenmiş ve grafik yöntemlerle sunulmuştur. ANAHTAR KELİMELER: Lineer örgü titreşimleri, Lineer olmayan örgü titreşimleri, Soliton, Kaos, Kaotik titreşim, Periyodik ve kaotik çekici, Güç spektromü, Poincare ve stroboskobik haritalama, Lyapunov spektrumu, Kesirsel boyut. IV ABSTRACT Ph. D TheBİs Linear And Nonlinear Lattice Vibrations And Chaos Analysis in Lattices Ömer YAVAŞ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Supervisor: Prof.Dr.Nuri Akkaş 1992, Page:189 Jury: Prof.Dr.Nuri AKKAŞ Prof.Dr.Zekeriya AYDIN Prof.Dr.Torçut TOKDEMİB In this work, linear and nonlinear lattice vibrations and chaos dynamics for these vibrations are investigated. One dimensional linear monatomic, diatomic and nonlinear exponential lattices with n particles are considered and their vibrations are analyzed. Periodic and soliton solutions are obtained. Three different nonlinear interaction potentials, exponential Toda, Morse and para metric combinations of the first two potential are used as interaction poten tial between neighbouring particles in lattices. These lattices have been forced harmonically and damped linearly. Chaotic vibration analysis of these lattices under fixed boundary conditions is made in one dimension using some recent techniques. Chaotic vibration analysis for two dimensional exponential lattice is investigated with the same techniques. Used techniques in analysis are time solutions of lattice models, power spectra for different type of oscillations, type of attractors, phase space portraits, Lyapunov spectrums of systems, fractal di mensions of attractors, sensitivity to initial conditios, Poincare mapping and chaos diagrams. KEYWORDS: Linear lattice vibrations, Nonlinear lattice vibrations, Soliton, Chaos, Chaotic vibration, Periodic and strange attractors, Power spec trum, Poincare mapping, Lyapunov exponent, Fractal dimension. 139

Parçacık hızlandırıcılarında, parçacıkları hızlandırmak için RF salınımlı e.m. alanların uyarıldığı RF kaviteler kullanılmaktadır. Elektron hızlandırıcısına dayalı serbest elektron lazeri (SEL) tesisi olan TARLA tesisi için bu kaviteler süper iletken teknolojiye dayalı olarak üretilmiştir. Bu durum, süper iletken kavitelerin çalışma sıcaklıklarının sağlanması amacıyla sıvı helyum soğutma sistemi kurulumunu da beraberinde getirmiştir. Bu tez çalışmasında TARLA tesisinin hızlandırıcı RF kaviteleri içeren modüllerinin üretim ve testleri ile soğutma sisteminin üretim, kurulum ve test sonuçları analiz edilmiştir.Hızlandırıcı RF kavitelerin süper iletken ya da normal iletken teknolojiye dayalı olarak seçilmesi daha çok kullanım amacına dayanmaktadır. TARLA tesisi RF kaviteleri için süper iletken teknolojinin seçilmesi, elektron demeti ile normal iletken teknolojilerde olduğu gibi sadece atmalı modda değil, bunun yanında birçok yeni uygulamaya imkan sağlayan sürekli modda da (CW) çalışacak olmasından kaynaklanmıştır. Bu durum uygulamada çeşitliliğin önünü açmaktadır.TARLA tesisi gibi süper iletken hızlandırıcı modüller kullanılan tesislerde, modüllerin çalışma sıcaklığı olan 1.8 K'e inmesi için helyum soğutma sistemi kullanılmaktadır. Helyum soğutma sistemi gaz fazındaki helyumu bir dizi işlemden geçirerek sıvılaştırır ve sonrasında sıcaklığını 1.8 K'e düşürür. Bu aşamada helyum süper akışkan özellik göstermektedir. Sıvı azot sistemi, helyum soğutma sisteminin transfer hatlarında soğutma açısından zırhlama amaçlı olarak kullanılır. Bu çalışmada, ülkemizde elektron hızlandırıcısına dayalı ilk Ar-Ge tesisi olarak kurulan TARLA tesisinde kullanılan SRF kaviteler ve modülleri ile sıvı helyum, azot ve su soğutma sistemlerinin ana parametrelerinin, üretim, kurulum ve test çalışmalarının kapsamlı tanımı ve analizi yapılmıştır. In particle accelerators, accelerating RF cavities are used to excite e.m. fields that are used acceleration of charged particles. In the TARLA Facility, which is a free electron laser (FEL) facility based on superconducting electron accelerator and therefore RF cavities are choosed as superconducting. In this study, the production and test methods of the accelerator modules of TARLA Facility and the production, installation and test results of the cooling system have been analyzed.The choice of the superconducting or normal conducting RF cavities is based on the intended use. The selection of superconducting technology for the TARLA Facility's RF cavities is due to use the electron beam not only the pulsed mode as is the case with in the normal conducting technology, but also to the continuous mode, which allows many new applications. For facilities using superconducting accelerator modules, helium cooling system is used for cool down the modules to their working temperature, 1.8 K. The helium cooling system liquefies the gaseous helium through a series of processes and then reduces its temperature to 1.8 K. At this stage, helium behaves as super fluid. The liquid nitrogen system is used for the processes such as shielding the transfer lines of the helium cooling system.In this study, a comprehensive analysis of the SRF cavities and modules used in the TARLA Facility have been done. Also the main parameters of the liquid helium, nitrogen and water cooling systems; production, installation and tests of the liquid helium cooling system have been studied. 113

Türk Hızlandırıcı Merkezi Projesi kapsamında Ankara Üniversitesi Gölbaşı Kampüsünde kurulumu sürmekte olan Elektron Hızlandırıcısı ve Işınım Tesisi TARLA (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara) süperiletken elektron hızlandırıcısına dayalı serbest elektron lazeri ve frenleme (Bremsstrahlung) ışınımı tesisi olarak planlanmıştır. Bu çalışmada ilk olarak TARLA tesisi elektron demetinin pozisyonunu, akımını, yükünü, demet profilini ölçmek için gerekli olan buton ve şerit tipi Demet Pozisyon Monitörlerinin (BPM) tasarımı yapılmıştır. Tasarım ve simülasyon sonuçlarına göre tesis için belirlenen button tipi BPM' in yerli olanaklar kullanılarak üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretimi yapılan BPM' in testleri TARLA' da geliştirilen test düzeneğinde yapılmıştır.Tez çalışmasında, TARLA tesisi için geliştirilen buton ve şerit tipi BPM'in tasarımı ile buton tipi BPM'in üretimi ve test çalışmalarının sonuçları beklentilere ve uluslararası literatüre uygunluk açısından tartışılmıştır. TARLA (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara) facility is planned a superconducting electron accelerator based infrared free electron laser and bremsstrahlung facility in frame of Turkish Accelerator Center (TAC) project that is under construction in Gölbaşı Campus of Ankara University. In this study, first of all, button and stripline type beam position monitors were designed to use in measurement of main beam parameters of TARLA facility like beam position, beam current, beam charge, beam profile. According to the design and simulation results, the button type BPM was produced with national resources. The bench tests of the produced BPM were carried out at the TARLA Facility. 86

Parçacık hızlandırıcılarında, parçacık demetinin ömrünü ve kalitesini arttırmak ve parçacık demetinin sorunsuz bir şekilde taşınabilmesi için demet hattının ileri yüksek vakum seviyesinde tutulması gerekmektedir. TARLA bir parçacık hızlandırıcı tesisi olup, enjektör hattı birinci süperiletken hızlandırıcı modülüne kadar kısımların tamamından oluşur. Bu tez çalışmasında yapılan vakum çalışmaları TARLA enjektör hattının vakum ihtiyaçları gözetilerek yapılmıştır.Vakum deney düzeneği için gerekli olan temiz oda TARLA ekibi tarafından kurulmuştur ve ISO-6 standardındadır. Kullanılan vakum kazanları ve flanşları CF tipindedir. İleri yüksek vakum kurulumunda ilk önce analitik hesaplama yapılmış ve iyon pompası için efektif pompalama hızı 35,4 l/s olarak bulunmuştur. Daha sonra Molflow+ simülasyon programı kullanılarak Monte Carlo yöntemiyle sistem üzerindeki basınç dağılımları hesaplanmış ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. İleri yüksek vakum seviyesine çıkabilmek için üç farklı pompa kullanılmıştır. Bunlar sırası ile mekanik pompa (10+3-10-3 mbar), turbo moleküler pompa (10-3-10-6 mbar) ve iyon pompasıdır (

Bu çalışmada öncelikle serbest elektron lazerinin tarihi gelişiminin ve çalışma ilkesinin incelenmesinin ardından serbest elektron lazerinde kullanılan diyagnostik sistemleri genel olarak ele alınmıştır. Lazer demeti kullanıcı laboratuvarlarına iletilmeden önce dalgaboyu aralığı, güç ve enerji gibi önemli parametrelerinin ölçümü foton diyagnostik laboratuvarında gerçekleştirilir. Tez kapsamında serbest elektron lazeri demetinin temel diyagnostik işlemleri incelenmiştir.Lazer demetinin temel parametreleri olan güç, atma uzunluğu, demet profili, demet çapı ve spektral aralık ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen bulgular doğrultusunda Ankara Üniversitesi koordinatörlüğünde, Kalkınma Bakanlığı desteği ile kurulum çalışmaları devam eden Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri (TARLA) tesisinde elde edilecek olan lazer demetlerinin parametrelerine uygun foton diyagnostik cihazları belirlenmiştir. Bu amaçla ELBE IR FEL tesisi ziyaret edilmiş ve tesisin foton demet diyagnostiği laboratuvarı incelenerek TARLA diyagnostik laboratuvarı ile karşılaştırılmıştır. In this study, historical development, physics and diagnostic tools of Free Electron Laser (FEL) are investigated. Before the laser beam is transferred to the user laboratories, measurement of the major parameters of laser beam such as wavelength spectrum, power and energy are done at photon diagnostic laboratory. In this thesis, the fundamental diagnostic techniques of FEL processes are investigated.The measurements of main parameters of a laser which are power, pulse length, beam profile, beam diameter and spectral range have been done. According to results of these measurements, the diagnostic devices are determined which are suitable for the parameters of laser beams which will be produced at Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA) whose construction of the facility is ongoing under the coordination of Ankara University with support of the Ministry of Development (MD). In this frame, ELBE IR FEL Facility (Germany) is visited and photon diagnostic station of ELBE was observed and compared with TARLA facility. 113

Bu çalışmada, Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) projesi kapsamında, Ankara Üniversitesi Gölbaşı Yerleşkesinde kurulumu devam etmekte olan THM IR SEL (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara, TARLA) tesisinde üretilecek 2 µm ile 250 µm aralığında kızılötesi bölgede ışınım yapan serbest elektron lazerinin deney istasyonlarına taşınım sistemi incelenmiştir.Lazer demetinin taşınımı yapılırken, ışın ve Gaussiyen optiği yöntemlerinden yararlanılarak, optik demetin hat boyunca en az yayınımla iletimi sağlanmıştır. Yapılan analitik hesaplamalar ile aynalar arası uzaklıklar ve aynaların yarıçap değerleri belirlenmiştir. Hat boyunca kullanılacak olan parametrelere karar verirken diyagnostik masası üzerinde oluşan optik demet yarıçapının minimumda tutulması amaçlanmıştır. Tasarım işleminde kullanılmak üzere ZEMAX isimli simülasyon programı seçilmiş ve analizler aynı zamanda ELBE tarafından karşılanan GLAD optik tasarım programı ile de kontrol edilmiştir. TARLA tesisi U25 ve U90 SEL demet hatları için yapılan hesaplamaların doğruluğu ELBE U27 ve U100 taşınım hatlarının yeniden hesaplanması ile test edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Serbest Elektron Lazeri, Osilatör SEL, Kızılötesi SEL, SEL Taşınım Hatları, TARLA, ZEMAX, GLAD .In this study, design of laser transport lines from undulators to experimental stations of THM IR FEL (TARLA) facility which is under construction in Gölbaşı Campus area of Ankara University as a first facility of Turkish Accelerator Center (TAC) to obtain free electron laser in infrared region (2 ? 250 µm) is studied.The transportation of the laser beam with minimum dispersion is planned by using Gaussian and Ray Optics methods. The distance between mirrors and the radius of their curvature was estimated by performing analytical calculations. While deciding to use parameters through the optical line, the purpose is to transport the laser beam with minimum value of diameter to diagnostic table. The simulation program, ZEMAX, is used in design studies. In the same time, all of the calculations are checked with GLAD optical design program supplied by ELBE laboratory. Obtained results for TARLA U25 and U90 transfer lines are compared with ELBE U27 and U100 transfer lines calculations.Key Words: Free Electron Laser, Oscillator FEL, Infrared FEL, FEL TransportLines, TARLA, ZEMAX, GLAD 103

Bu çalışmada, ilk olarak sinkrotron ışınımının (SI) fiziği ve ışın kaynak nesilleri incelenmiş, ardından SI üretimi için gerekli olan donanım ve cihazlar tanıtılmıştır. SI'nın fiziği incelenirken ilgili fiziksel kavramlar tanıtılmış ve ışınım karakteristikleri ışınımın ana parametreleri üzerinden ayrıntılı olarak tartışılmıştır. Sinkrotron ışınımının bilimsel ve teknolojik kullanım alanları tanımlanmıştır.Elektron sinkrotronlarına dayalı ışınım kaynağı olan sinkrotron ışınımı için optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çerçevede sinkrotron tasarımı için Beam Optics ve MADX kodları, undulatör ve wiggler ışınımlarının karakteristikleri için ise SPECTRA ve XOP simülasyon programları kullanılmış ve sonuçlar ilgili grafikler aracılığı ile sunularak irdelenmiştir.Ağustos 2012, 101 safyaAnahtar Kelimeler : Hızlandırıcılara dayalı ışınım kaynakları, sinkrotron, sinkrotron ışınımı, wiggler magnet ışınımı, undulator magnet ışınımı. In this study, physics of synchrotron radiation (SR) and SR source generations are firstly investigated. Equipment and apparatus which are necessary for produce syncrotron radiation are secondly introduced. The necessary physical concepts presented in physics of SI and on the given equations are discussed. Application potential of synchrotron radiation in scientific research and applications are discussed.The optimization of synchrotron radiation which is based on electron syncrotron is investigated. Main parameters of undulator and wiggler magnets are optimized. Beam Optics and MADX codes are used to design of synchrotron and characteristics of synchrotron radiation are determined with by SPECTRA and XOP codes. Results are presented in numerical and graphical methods.August 2012, 101 pagesKey Words: Accelerator based light sources, Synchrotron, Synchrotron Radiation, Wiggler Radiation, Undulator Radiation. 110

Bu çalışmada, Türk Hızlandırıcı Merkezi'nin ilk tesisi olarak kurulumu süren kızılötesi serbest elektron lazeri (Elektron Hızlandırıcı ve Lazer Tesisi, Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara, TARLA) tesisinde kullanılacak olan 1.3 GHz süperiletken RF kavitelerin 20 kW RF dalga üreteci ile beslenebilir olup olmadığınınaraştırılması, 1.3 GHz ve 20 kW yüksek güç RF dalga üretecinin optimizasyonu ile söz konusu dalga üretecinden elde edilen RF dalgaların süperiletken RF kavitelere taşınabilmesi için gerekli olan iletim hattının tasarımı ve simülasyonları yapılmıştır. Çalışmada öncelikle; süperiletken hızlandırıcı kavitelerin 20 kW RF dalga üreteci ileısınma problemi oluşturmadan kullanılıp kullanılamayacağı konusunda simülasyonlar yapılmış, daha sonra henüz dünyada mevcut olmayan ve ürettirilmesi planlanan 1.3 GHz ve 20 kW katıhal RF güç üretecinin optimizasyonu yapılarak elde edilenparametreler bu alanda üretim yapan endüstriyel firmalarla tartışılarak ürettirilebilirliği değerlendirilmiştir. Ayrıca TARLA yüksek güç RF sistemi için 16 kW RF giriş gücü kullanılarak iletim hattı tasarımı yapılmıştır. THM TARLA tesisinde kullanılacak yüksek güç RF güç üretecinin ve iletim hattının temin edilmesi, kurulması ve test aşamalarında bu tezde ulaşılan parametrelerin ve tasarımların baz alınması planlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Türk Hızlandırıcı Merkezi, TARLA, IR-SEL, RF güç, katıhal yükselteci, dalga kılavuzu, lazer iletim hattı. In this study, it is studied on 1.3 GHz and 20 kW solid state RF power amplifier optimization, whether 1.3 GHz superconducting RF cavities which will be used for IRFEL facility (Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara, TARLA) whose construction is in progress as a first facility of Turkish Accelerator Center (TAC) wouldbe possible to feed by 20 kW RF power amplifiers or not, the transmission line designs from solid state RF power amplifiers to the superconducting RF cavities and RF wave propagation along these transmission lines. After the simulation studies on the superconducting RF cavities whether they would be operated with 20 kW RF power amplifiers without heat problems or not, the optimization of 20 kW RF solid state power amplifier working at 1.3 GHz which is currently does not exist is studied and all the optimization parameters are defined, calculated and discussed with the companies that have adequate production capability to learn about their reproducibility. Furthermore, a TARLA high power RF system transmission line is designed for 16 kW net RF power input. It is planned that the results of the parameters and design studies in this thesis will be used at the stages of providing, constructing and testing of high power RF amplifier and transmission line for TAC TARLA facility.Key Words: Turkish Accelerator Center, TARLA, IR-FEL, RF power, solid stateamplifier, waveguide, laser transmission line. 134

Bu çalışmada, Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) projesi kapsamında önerilen linak-halka tipli elektron-pozitron çarpıştırıcısının (Süper Charm Fabrikası) parametrizasyon çalışmaları yapılmıştır. Kafa kafaya çarpışma durumu için, yuvarlak (round) ve yassı (flat) demetlerin ışınlığa etkisi incelenmiştir. Ayrıca, yine THM projesi kapsamında önerilen 1 GeV enerjili Kendiliğinden Genlik Artımlı Yayınım (SASE) modunda Serbest Elektron Lazeri (SEL) tesisi için olası elektron doğrusal hızlandırıcısı (linak) demet parametreleri belirlenerek, çeşitli salındırıcı tiplerine dayalı SASE SEL parametreleri optimize edilmiştir. In this study, parametrization studies for linac-ring type electron-positron collider (Super Charm Factory) proposal of the Turkish Accelerator Center (TAC) project, are carried out. Affects of round and flat beam options to luminosity under head-on collision case, are investigated. On the other hand, probable electron linac beam parameters for 1 GeV Self Amplified Spontaneous Emission (SASE) Free Electron Laser (FEL) proposal of the TAC project, are determined. In addition, SASE FEL parameters based on various undulator types, are optimized. 115

Bir hızlandırıcıda kararsızlık problemi, en genelde, demetin hızlandırma sonunda hedeflenen enerjiye istenilen parametrelerine ulaşıp ulaşamayacağının incelendiği bir problemdir. Hızlandırılan demetin tek paket veya çoklu paket olma durumuna göre, kararsızlıklar enine ve boyuna olmak üzere iki ana başlıkta ele alınabilir. Örneğin demet kayıpları, faz?uzayı alanının büyümesi, paketlerin enine pozisyonlarındaki sıçramalar enine kararsızlık başlığında incelenirken, paketlerin boyundaki ya da fazındaki kaymalar, paketler arasındaki enerji farkı gibi nicelikler boyuna kararsızlık başlığında incelenebilir. Şüphesiz birçok durumda enine ve boyuna kararsızlıklar birbirlerine bağlıdır ve biri diğerinden bağımsız incelenememektedir. Kararsızlık nedenleri ise, en genelde, demeti oluşturan parçacıkların birbirleri ile ya da çevresel elemanlarla istenmeyen etkileşimlerde bulunması olarak özetlenebilir. Bu tez çalışmasında, öncelikle demetin hem tekli hem çoklu paket olma durumunda en temel enine ve boyuna kararsızlıkların mekanizması incelenmiştir ve kararsızlıkların etkilerini azaltacak çözümler tartışılmıştır. Akabinde, CLIC sürücü demeti hızlandırıcısında kararsızlıkları en aza indirgemek için optimizasyon çalışması yapılmıştır. Asıl amacı CLIC sürücü demet hızlandırıcısı içerisinde demet fiziğini inceleme olan bu çalışmada, mevcut nümerik ve analitik yöntemler kullanılmıştır. Instability problem of an accelerator, generally, is investigating if the beam will reach aimed energy within designed beam parameters on the accelerator taken into account. Instabilities may be taken into account longitudinally and transversely for both single-bunch and multi?bunch case of the beam. For instance, beam loss, transverse emittance dilution, transverse beam jitters can be investigated within transverse instabilities while bunch length variations, bunch phase jitter or bunch to bunch energy difference can be investigated in longitudinal instabilities. Obviously in many cases transverse and longitudinal instabilities strongly couple each other and they can`t be studied independently. However, generally, reason of instabilities may be summarized as unwanted interactions of particles with themselves or with their surroundings in an accelerator. In this thesis study we approach instability problems by first reviewing the basic mechanisms for the case of single and multi bunch beam and discuss the cures of instabilities. Afterwards, optimization studies for CLIC Drive Beam Accelerator is performed for minimizing the instabilities. In this study, the main subject of which is investigating beam physics on CLIC Drive Beam Accelerator, existing numerical and analytical tools are used. 100

Bu tez çalışmasında, Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri (THM IR-SEL) tesisinde kullanılacak süperiletken RF kavitelerin çalışabilmesi için ihtiyaç duyulan helyum soğutma sisteminin fiziği, tasarımı ve işletimi incelenmiştir.THM IR-SEL tesisinde kullanılacak olan süperiletken kavitelerin soğutma ihtiyacı belirlenmiş ve buna yönelik olarak bu ihtiyacı karşılayacak olan helyum soğutma sistemi tanımlanmıştır. Alt sistemler detaylıca değerlendirilmiştir. Ayrıca benzer helyum soğutma sistemi kullanan iki örnek laboratuar (ELBE, Almanya ve ALICE, İngiltere) incelenmiş ve tanımlanan sistemlerle olan benzerlik ve farklılıkları incelenmiştir. In this study, physics, design and run processes of helium cryogenic system for superconducting RF cavities of THM IR-FEL facility is investigated.Cryogenic requirements of TAC IR-FEL facility was determined and subsystems were specified which meet to requirements. In addition, cryogenic system of two similar facilities (ELBE, Germany ve ALICE, UK) are investigated and a comparison with TAC IR-FEL is given. 65

Bu çalışmada siklotron tipi hızlandırıcıların tarihsel gelişimi, fiziği, tipleri, teknik özellikleri, alt sistemleri ve çalışma prensipleri ele alındıktan sonra, söz konusu hızlandırıcıların radyoizotop üretimi başta olmak üzere, tıpta kanser tedavi çalışmalarında, nükleer spektroskopi uygulamalarında ve endüstride radyoizotoplar ile birlikte tahribatsız muayene (aşınma ve korozyon) ölçümlerinde kullanımları üzerinde durulmuştur. TAEK Proton Hızlandırıcı Tesisi için öngörülen teknik özellik ve parametreler göz önünde bulundurularak; tesiste üretilebilecek radyoizotopların üretim süreçleri, hedef malzeme seçimi, tasarımı, işlenmesi, kullanılan hedef gövde ve sistemleri, hedef malzeme ışınlama ve aktivite hesaplamaları hususları ile birlikte incelenmiş, bunlara ilişkin tablolar oluşturulmuştur. Ayrıca, TAEK proton hızlandırıcısı ARGE ışınlama odasında yapılabilecek olası faaliyetler incelenmiş, bu amaçla örnek laboratuarlara ait teknik tasarım raporları ve fizibilite çalışmaları incelenerek, ARGE amaçlı tipik bir iyon demeti hattında bulunması gereken donanımlar ile önerilen tasarım çözümleri araştırılmıştır. In this study; developments related to the history, physics, types, technical specifications, main subsystems and operational principles of cyclotron type accelerators were studied. In addition, utilization of cyclotrons especially at radioisotope production, cancer treatment studies, nuclear spectroscopy applications and non-destructive testing (wear measurement) capabilities, were also considered thoroughly. By taking into account the prospected requirements and technical specifications of TAEA Proton Accelerator Facility, the production processes of the possible potential radioisotopes for the facility were studied. For this purpose, target material selection, target material processing, target body and window design, target material irradiation, activation calculations of target material were discussed deeply. In conjunction with this; specific radioisotope production tables were prepared. Also potential experimental activities which will possibly be achieved in TAEA?s facility were evaluated. Finally, by considering the information gathered from the technical design reports, feasibility documents belonging to similar facilities; required beam line instruments and proposed design solutions for a typical R&D ion beam line have also been discussed. 140

Parçacık hızlandırıcılarının günümüzde birçok alanda bilimsel ve teknolojik uygulamaları mevcuttur. Bu tez çalışmasında, parçacık hızlandırıcılarında kullanılan magnetler incelenmiş ve fiziksel özellikleri özetlenmiştir. Üçüncü nesil ve dördüncü nesil ışınım kaynaklarının ışınım karakteristiklerine etkileri incelenmiştir. Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) projesi kapsamında kurulması planlanan kızılötesi serbest elektron lazeri tesisinde (IR SEL) kullanılacak olan salındırıcı magnetler için gereken fiziksel parametreler tartışılmıştır. Salındırıcı magnet ile lazer demeti parametreleri (parlaklık, aydınlık, akı) verilmiştir.Türk Hızlandırıcı Merkezi projesi çerçevesinde sinkrotron ışınımına dayalı önerisi yapılmış pozitron halkası parametrizasyonu çalışılmıştır. Halkada kullanılan magnetlerin akı ve parlaklık dağılımları SPECTRA ve XOP yazılım programları aracılığıyla elde edilmiştir. Sinkrotron ışınımı için kullanılan çok kutuplu magnetlere örnek olarak, salındırıcı magnetlerin görünümü, mıknatıslanma değerleri ve pik magnetik alanı RADIA yazılım programı ile çalışılmıştır. Particle accelerators have many scientific and technological applications in basic and applied sciences. In this study, magnets which are used in particle accelerators are investigated and their physical properties are summarized. The effects of radiation characteristics on the third and fourth generation light sources are investigated. Required physical parameters of undulator magnets which will be used in Turkish Accelerator Center (TAC) Infrared Free Electron Laser Facility are discussed. Undulator magnet and laser beam parameters such as brightness, brilliance and flux are given.The parametrization of proposed positron ring based synchrotron radiation (SR) facility in frame of Turkish Accelarator Center project is studied. Distributions of flux and brightness of magnets which will be used in ring are obtained via SPECTRA and XOP softwares. As an example of multipole magnets which is used for SR; view of undulator magnets, magnetization values and peak magnetic field are studied with RADIA software. 76

Bu çalışmada osilatör modda serbest elektron lazeri (IR-SEL) üretimi için optik kavite sistemi ve kazanç mekanizması incelenmiştir.İlk olarak serbest elektron lazeri (SEL) tanımlanmış ve SEL'in özellikleri, çeşitleri ve de fiziği ele alınmıştır. SEL'in çeşitleri olarak osilatör, yükselteç ve kendiliğinden genlik artımlı ışıma (SASE, Self Amplified Spontaneous Emission) modlarının çalışma prensipleri incelenmiştir. Osilator modda SEL' in yapısı araştırıldıktan, IR-SEL için optik kavite mekanizması incelenmiştir. Son olarak da serbest elektron lazeri için düşük kazanç yaklaşımından bahsedilmiştir.Bu bilgilerden sonra dünyadaki önemli IR-SEL laboratuarlarından ELBE, CLIO, JAERI, iFEL ve FELIX laboratuarlarının temel parametreleri ile optik kavite parametreleri incelenmiştir. Ankara Üniversitesi koordinatörlüğünde yürütülen Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM) konulu DPT-YUUP projesi kapsamında kurulumu planlanan kızılötesi serbest elektron lazeri (IR-SEL) laboratuarı için optik kavite ve kazanç parametreleri belirlenmiştir. In this work, optical cavity and gain mechanism for oscillator free electron laser (IR FEL) were investigated.At the beginning of this study, free electron laser (FEL) is explained then, mentioned about the FEL?s physics and options. Oscillator FEL, Amplifier FEL and Self Amplified Spontaneus Emission (SASE) FEL are investigated with working principles. After that, some information was given about the structure of oscillator FEL and optical cavity. Finally, small gain mechanism for oscillator FEL was investigated.After this information, optical cavity systems of ELBE, JAERI, iFEL, CLIO and FELIX IR-FEL laboratories were investigated. Optical cavity and gain parameters were obtained for TAC IR-FEL project that going on under coordination of Ankara University with the support of State Planning Organization of Turkey. 90

Bu çalışmada kırmızıaltı serbest elektron lazerinin (IR-SEL) çalışma prensibi genel olarak tanımlandıktan sonra temel ve uygulamalı bilimlerdeki araştırma ve uygulama potansiyeli ve uygulama yöntemleri incelenmiştir. Bu kapsamda, Ankara Üniversitesi koordinatörlüğünde, Devlet Planlanma Teşkilatı (DPT) desteği ile kurulum çalışmaları sürdürülen Türk Hızlandırıcı Merkezi Kırmızıaltı Serbest Elektron Lazeri (THM IR SEL) tesisinin araştırma potansiyeli ve burada kullanılması düşünülen yöntemler hakkında araştırma yapılmıştır.Kırmızıaltı bölgede dalgaboyuna sahip SEL' in (IR SEL) malzeme bilimi, biyoteknoloji, nanoteknoloji ve fotokimya alanlarında uygulama potansiyeli araştırılmıştır. Dünyadaki önemli IR-SEL laboratuarları olan iFEL (Japonya), CLIO (Fransa), ELBE (Almanya), FEL-SUT (Japonya), Vanderbilt (ABD), FELIX (Hollanda) ve JLab (ABD) IR SEL laboratuarlarının uygulama alanları incelenerek, THM IR SEL laboratuarının deney istasyonlarının genel yapısı ve 2-185 mikron arası IR SEL'in için olası uygulama alanları ve kullanım teknikleri detaylıca araştırılmıştır. In this study, the physics, and applications of IR FEL in basic and applied sciences for research and development are investigated. In this frame, the main parameters and research potential of Turkish Accelerator Center Infrared Free Electron Laser Facility (TAC IR FEL) are described that is a project ongoing under the coordination of Ankara University with support of State Planning Organization (SPO) of Turkey since 2006.Application potential with different methods of IR FEL in semiconductors, material science, photochemistry, biology and nanotechnology are given. To describe the research potential of TAC IR FEL Facility, typical applications in well known IR FEL laboratories from the world like iFEL (Japan), CLIO (France), ELBE (Germany), FEL-SUT (Japan), Vanderbilt (USA), FELIX (Netherland) and JLab (USA), are considered. As a result, the structure of experimental stations and considered techniques are explained for TAC IR FEL Facility that will cover 2-185 microns wavelengths. 77

Bu çalışmada, lineer hızlandırıcılara dayalı serbest elektron lazeri (SEL) üretimi içinoptimizasyon çalışması yapılmıştır. Somut uygulama olarak Türk Hızlandırıcı Merkezinde(THM) yer alması planlanan SEL demetleri için parametre optimizasyonu yapılmış veuygulama alanları tartışılmıştır.Çalışmanın ilk bölümünde lineer hızlandırıcıların ana donanımları ve bu hızlandırıcılaradayalı serbest elektron lazerinin fiziği, SEL modları ve optimizasyon için gerekli koşullarsunulmuştur. Bu modlarda dünyada çalışan bazı laboratuvarların parametreleri optimizasyonkoşulları açısından test edilmiştir. Türk Hızlandırıcı Merkezinde yer alması planlanan SELdemetleri için kendiliğinden genlik artımlı yayınım (SASE) ve Osilatör modda tasarımgeliştirilmiştir. SEL üretimi Türk hızlandırıcı Merkezi projesi kapsamında linak-halka tiplielektron-pozitron çarpıştırıcısına dayanan phi (? ) ve charm (c) fabrikalarının lineer elektronhızlandırıcısına dayandırılmıştır. Bu parçacıkların üretilmesi için gerekli elektron demetenerjileri sırasıyla 130 ve 1000 MeV olarak seçilmiştir. Çarpıştırıcı modunda kullanılan linakparametrelerinin aynı zamanda SEL modunda kullanılabilmesi için gerekli optimizasyonçalışmaları yapılmış ve hızlandırıcı modüller arasına uygun sayıda paketçik sıkıştırıcısınınyerleştirilmesi ile SEL üretimi için gerekli elektron demet parametrelerinin elde edilebileceğigösterilmiştir. SASE SEL optimizasyon çalışması CERN CLIC Sürücü Demeti içinde testedilmiş ve elde edilecek SASE SEL'in CLIC*LHC dayalı SEL*Çekirdek çarpıştırıcısı içinkullanılması öngörülmüştür. 130 MeV için osilatör modda SEL optimizasyonu yapılarakgerekli salındırıcı ve optik kavite parametreleri belirlenmiştir. Tez çalışmasında dünyadakiuygulamalarda dikkate alınarak SASE ve Osilatör SEL için kullanım alanları detaylıcairdelenmiştir.2007, 125 sayfaAnahtar Kelimeler: THM Projesi, Serbest Elektron Lazeri, Lineer hızlandırıcı, SASE SEL,Osilator SEL In this study, optimization for free electron laser (FEL) production based on linear acceleratorhas been done. As a practical application for FEL beams which is planned to be placed at TheTurkish Accelerator Complex (TAC) parameter optimization has been done and applicationsareas have been discussed.In the first section of this study, main equipments of linear accelerators and physics of freeelectron lasers based on this accelerator, FEL modes and the necessary conditions foroptimization has been given. The parameters of some laboratories working on this mode inthe world have been tested from the optimization condition point of view. Design for FELbeams which is planned to be placed in the center has been developed in the Self AmplifiedSpontaneous Emission (SASE) and oscillator mode. FEL production is based on the linearelectron accelerator of TAC. In principal, TAC contains an electron-positron collider (particlefactory). The electron beam energies for the particle factories (phi and charm) have beenselected as 130 MeV and 1000 MeV, respectively. Necessary optimization studies have beendone in order to be able to use the linac parameters in FEL mode which are actually used incollider mode; and it is shown that the required electron beam parameters for FEL productioncan be achieved by placing suitable number of bunch compressor among the acceleratormodules. SASE FEL optimization study has been tested in the CERN CLIC drive beam andSASE FEL has been forseen to be used for CLIC*LHC based FEL*nucleus collider.Necessary undulator and optical cavity parameters have been determined after optimizing theFEL in oscillator mode for 130 MeV. In this thesis study, the application areas for oscillatorFEL and SASE FEL has been examined in detail considering world wide applications ofFELs.2007, 125 pagesKey Words : TAC Project, Free Electron Laser, Linac, SASE FEL, Oscillator FEL 137

ÖZETYüksek Lisans TeziHIZLANDIRICILARA DAYALIKIZIL ÖTESİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ(IR-FEL) OPTİMİZASYONUÖzlem KARSLIAnkara ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüFizik Mühendisliği Anabilim DalıDanışman: Prof.Dr. Ömer YAVAŞBu çalışmada, Türk Hızlandırıcı Merkezi projesinde test laboratuvarı olarak önerilen kızılötesiserbest elektron lazeri (IR FEL) için 20, 40 ve 50 MeV enerjili lineer elektron hızlandırıcısıgöz önünde bulundurularak gereken optimizasyon yapılmış, elde edilen ışınımın özellikleribelirlenerek bu ışınımın biyoteknoloji, yarıiletkenler, fotokimya ve nanoteknoloji gibi dörttemel çalışma alanındaki uygulamaları incelenmiştir.Çalışmada öncelikle; 20, 40 ve 50 MeV enerjili elektron demetleri için optik kaviteninözellikleri belirlenmiştir. Optik kavite tasarımı yapılan sistemde; elde edilecek olan ışınımınenerjisi, gücü, akısı ve parlaklığı gibi fiziksel özellikleri gerekli hesaplama ve grafiklerlebelirlenmiştir. Sonuçlar benzer laboratuvarların verileri ile karşılaştırılarak uygunluğudeğerlendirilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, elde edilecek olan ışınımın uygulama alanlarıtespit edilmiş ve benzer laboratuvarların (Osaka iFEL, Tokyo FEL-SUT, ABD MARK III,Fransa CLIO) kullanıcı laboratuvarlarındaki uygulama alanları araştırılmıştır. TAC IR-SELlaboratuvarında elde edilecek ışınımın atma yapısının belirlenmesi için, söz konusulaboratuvarlardaki uygulama alanlarında kullanılan ışınımın atma yapılarına uygun atmayapıları belirlenmiş ve ışınımın atma yapısını elektron demetinin atma yapısı belirlediğinden;lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demetinin atma yapısı belirlenmeye çalışılmıştır.TAC IR-SEL laboratuvarı hayata geçirilirken özellikle teknik şartname aşamasında bu tezdeulaşılan parametreler ve saptanmış uygulama alanları baz alınacaktır.2006, 99 sayfaAnahtar Kelimeler: Parçacık hızlandırıcıları, linak, kızıl ötesi serbest elektron lazeri,salındırıcı magnet, optik rezonatör. ABSTRACTMaster ThesisTHE OPTIMIZATION OF ACCELERATOR BASEDINFRARED FREE ELECTRON LASERS (IR-FEL)Özlem KARSLIAnkara UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Physics EngineeringSupervisor: Prof.Dr. Ömer YAVAŞIn this study, an oscillator IR-FEL optimization which was proposed as a test facility inTurkic Accelerator Center Project was studied that was taken into consideration 20, 40 and 50MeV linear electron accelerators. The main parameters of the laser, and the possibleapplications in biotechnology, semiconductors, photochemistry and nanotechnology weredetermined.First of all; optical cavity parameters were studied for 20, 40 and 50 MeV electron beam. Themain parameters of the laser beam such as energy, power, flux, brightness and their graphicswere determined in this optical cavity system. The results were compared with IR-FELlaboratories in the similar electron beam energy range. Finally, the possible applications andthe basic and applied research in Osaka iFEL, Tokyo FEL-SUT, USA MARK III, FranceCLIO IR-FEL laboratories were researched and the pulse structures of TAC IR-FEL laserbeam were determined. As the pulse structures of the laser beam depends on the pulsestructures of the electron beam; the electron beam structure obtained by linear electronaccelerators was studied.When TAC IR-FEL laboratory is set up, the parameters and applied researches determined inthis thesis will be used at the time of writing technical specifications.2006, 99 pagesKey Words: Particle accelerators, linac, infrared free electron laser, undulator magnet, opticalcavity. 109

ÖZETYüksek Lisans TeziÖznur METEHIZLANDIRICILARA DAYALI IŞINIM KAYNAKLARININ FİZİKSELÖZELLİKLERİAnkara ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüFizik Mühendisliği Anabilim DalıDanışman : Prof. Dr. Ömer YAVAŞBu çalışmada, parçacık hızlandırıcılarına dayalı ışınım kaynakları olan sinkrotronışınımı (SI) ve serbest elektron lazeri (SEL) için optimizasyon incelenmiştir. Somutuygulama olarak Türk Hızlandırıcı Merkezinde yeralması planlanan SI ve SELdemetleri için parametre optimizasyonu yapılmıştır.Çalışmanın ilk bölümünde hızlandıcılara dayalı ışınımlar olarak sinkrotron ışınımı veserbest elektron lazerlerinin optimizasyonu için kullanılacak modeller sunulmuştur.Optimizasyonda kullanılacak modeller çalışmakta olan benzer laboratuvarlarınparametreleri üzerinde doğrulanarak seçilmiştir. Bu kapsamda depolama halkası temellibir sinkrotron kaynağı incelenmiş, SASE ve salındırıcı yöntemleriyle iki ayrı serbestelektron lazeri elde edilmiştir. Tasarımı projemizin bir önceki adımı olan ?Sinkrotronışınımı ve serbest elektron lazeri üretimi ve kullanımı için genel tasarım? isimli projeninsonuç raporunda açıklanan depolama halkasından elde edilecek sinkrotron ışınımınınözellikleri SPECTRA simülasyon programı kullanılarak belirlenmiş ve bu çalışmadasunulmuştur. SASE ve salındırıcı yöntemleriyle optimize edilen serbet elektron lazerleriiçin gerekli hesaplamalar ve simülasyonlar Mathematica programı kullanılarakyapılmıştır.Çalışmada salındırıcı yöntemi ile optimize edilen kızılötesi serbest elektron lazeri TürkHızlandırıcı Merkezi Test Laboratuvarı için örnek tasarım olarak önerilmiştir. Optimizeedilen SASE ve sinkrotron ışınımı ise projede bulunan ve gerçekte çarpıştırıcı modundaçalışmak üzere tasarlanmış hızlandırıcılardan lazer ışınımlarının da elde edilebileceğinigöstermektedir.2006, 137sAnahtar Kelimeler : Parçacık hızlandırıcıları, linak, sinkrotron, sinkrotron ışınımı,serbest elektron lazeri, eğici magnet, zigzaglayıcı magnet, salındırıcı magnet ASTRACTM.Sc. ThesisTHE PHYSICAL CHARACTERISTICS OF THE ACCELERATOR BASED LIGHTSOURCESÖznur METEAnkara UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Engineering PhysicsSupervisor : Prof.Dr. Ömer YAVAŞIn this work, the optimization for synchrotron radiation (SR) and free electron laser(FEL) which are accelerator based light sources have been investigated. The parameteroptimization for the SR and FEL beams that are planned to be placed in the TurkishAccelerator Centre have been stated.In the first chapter of the work the models that will be used for the optimization ofsychrotron radiation and free electron laser as accelerator based radiations have beenpresented. The models that will be used in the optimizations have been chosen byverifying them on the parameters of operating laboratories. In this circumferences astorage ring based syncrotron radition source has been investigated, two different freeelectron laser sources have been obtained by using SASE and oscillator methods. Theproperties of the radiation that will be obtained from a storage ring of which designhad been defined in the result report of the project named as ?Syncrotron radiation andfree electron laser production and usage?, has been determined by using the SPECTRAsimulation programme and has been presented in this work. The calculations and thesimulations for free electron lasers that had been obtained by using SASE and oscillatormethods have been done by using Mathematica programme.In the work, the infrared free electron laser obtained by using oscillator method hasbeen proposed for the test facility of Turkish Accelerator Centre Test Laboratory. Theoptimized SASE and syncrotron radiation have shown that the accelerators that wereincluded by the project and indeed were designed to work in the collider mode, cansupply laser light as well.2006, 136pKey Words : Particle accelerators, linac, synchrotron, synchrotron radiation, freeelectron laser, bending magnet, wiggler magnet, undulator. 146

ÖZET Yüksek Lisans Tezi FM BANDINDA (92.4 MHz ) ANKARA BÖLGESİ İÇİN ELEKTROM AGNETİK ALAN ŞİDDET DAĞILIMININ İNCELENMESİ Yasin GÜNGÖR Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Bu tez çalışmasında, Ankara'da FM yayınlarının elektrik alan şiddet dağılımının incelenmesi için referans alınan 92.4 MHz frekansında yayın yapan Meteor FM vericisinin alan şiddet değerleri için MOBBC ve EB-200 cihazları ile ölçümler yapıldı. Elde edilen değerler, SMS programında kullanılan Epstein-Peterson ve Deygout kırınım modelleri ile yapılan çalışma bulguları ile karşılaştırıldı. Elde edilen bulgulara göre Meteor FM vericisinin elektrik alan şiddet seviyelerinin harita üzerinde dağılımı yapıldı. Yapılan çalışmalar sonucunda, Meteor FM vericisi için ölçümlerimiz ile kırınım modelleri bulgularının uzak alanda benzerlik gösterdiği gözlendi. Ankara ilinin tamamında alan şiddet dağılımının belirlenmesi için 88-108 MHz frekans aralığına sahip FM bandında her bir frekans için bir vericinin referans alınıp yapılanlara benzer analizlerle tüm şehrin elektromanyetik şiddet dağılım haritasının çıkartılabileceği ortaya konulmuştur. 2005, 79 sayfa ANAHTAR KELİMELER : Elektromanyetik Alan Şiddeti, FM Bandı, FM verici ABSTRACT Master Thesis INVESTIGATION OF THE DISTRIBUTION OF ELECTROMAGNETIC FIELD STRENGTH IN FM BAND (92.4 MHz) FOR ANKARA Yasin GÜNGÖR Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Engineering Supervisor : Prof.Dr. Ömer YAVAŞ In this study, electric field strength values of Meteor FM transmitter which is broadcasting at 92.4 MHz frequency measured with MOBBC and EB- 200 equipments for the examination of electric field strength distribution in Ankara city. The results of measurement is compared with the values of Epstein-Peterson and Deygout diffraction models which are used in SMS program. According to these values for Meteor FM transmitter electric field strength distribution is showed on the map. In the results of this study our measurments are showed a similarity with values of diffraction models in distance place for Meteor FM transmitter. To determine the field strenght distribution of FM band (92.4 MHz) for all city area a transmitter for every frequency must be choosen and similar analiysis must be repeated. 2005, 79 pages Key Words : Elektromagnetic Field Strenght, FM Band 95

ÖZET Yüksek Lisans Tezi GSM (900/1 800 MHz ) YAYINLARININ KAPSAMA ANALİZİ VE MODELLEMELER Öznur TOPTAŞ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Yapılan bu tez çalışmasında, Ankara'nın Tandoğan, Eryaman semtleri ve ODTÜ arazisinde belirlenen GSM baz istasyonlarının elektrik alan şiddet değerleri ölçülerek, bu baz istasyonlarından yayınlanan sinyallerin etkin olarak alındığı alıcı noktalarının belirlenmesi suretiyle kapsama alanı analizi yapılmıştır. Alıcı, coğrafi konum belirleme cihazı ve diz üstü bilgisayardan oluşan ölçüm düzeneğinde baz istasyonlarının elektrik alan şiddet değerleri ölçülmüştür. Coğrafi konum belirleme cihazı GPS ile belirlenen farklı konumlarda, EB-200 alıcısı ile elektrik alan şiddet değerleri ölçülüp, veriler diz üstü bilgisayara aktarılarak ölçüm değerleri elde edilmiştir. Ölçüm verileri Telekomünikasyon Kurumu'nda kullanılan SMS programında Okumura-Hata yayılım modelinin uygulanmasıyla elde edilen verilerle karşılaştırılmıştır. SMS programında Walfisch-ikegami modeli ile ilgili gerekli bileşenler bulunmadığından Walfisch-ikegami yayılım modeli teorik olarak incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda arazi engebesini dikkate almayan Okumura-Hata modelinin, yansıma ve saçılmaların çok olduğu Tandoğan semtinde gerekli düzeltmelerin yapılması ile geçerli olabileceği, ODTÜ arazisi ve Eryaman semti gibi verici ve alıcı arasındaki engellerin çok fazla kayba neden olduğu, yansıma ve saçılma etkilerinin düşük olduğu bölgelerde uygulandığında ise doğru değerlere ulaşılamayacağı sonucuna varılmıştır. 2005, 89 sayfa Anahtar Kelimeler: GSM, Baz istasyonu, Kapsama alanı, Okumura-Hata modeli. ABSTRACT Master Thesis THE COVERAGE ANALYSIS AND MODELS FOR GSM(900/1 800MHz) Öznur TOPTAŞ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Engineering Supervisor : Prof.Dr. Ömer YAVAŞ In this study, coverage analysis has been done for the base stations selected within the Tandoğan and Eryaman districts and within the METU ground of Ankara by measuring their electric fields and in this way by determining the points where the radiated signals are received effectively. A measurement set up consisting of a receiver, a Global Positioning System (GPS) and a laptop computer has been used to carry out the electric field strength measurement of these base stations. At different locations which are determined by using GPS, the electric field strength values of GSM base stations are measured via EB-200 receiver and they are transferred to the laptop computer. Measurement values are compared with the values obtained by using the SMS program with the application of the Okumura- Hata propagation model currently in use Telecommunication Authority. Since the SMS program does not contain the necessary components related with the Walfisch-ikegami model, the Walfisch-ikegami propagation model is studied the theoretically. As a result it is concluded that Okumura-Hata model that ignores the land obstacles can be valid in Tandoğan district, there are ample reflections and scatterings, with the inclusion of necessary corrections whereas if it is applied to regions where the obstacles between the transmitter and the receiver cause too much losses with little reflection and scattering effects, like METU ground and Eryaman district, correct results can not be obtained. 2005, 89 pages Key Words: GSM, Base station, Coverage area, Okumura-Hata model. n 95

ÖZET Yüksek Lisans Tezi RF LİNEER HIZLANDIRICILARDA PARAMETRE OPTİMİZASYONU ve DEMET DİNAMİĞİ Emel KİLİT Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Parçacık hızlandırıcıları, temel parçacık fiziği ve nükleer fizik deneylerinin yapılmasını, sinkrotron ışınımı ve serbest elektron lazeri üretilmesini ve bunların araştırma ve uygulamada kullanılmasını sağlayan deneysel aygıtlardır. Günümüzde parçacık fiziği araştırmaları ve lineer hızlandırıcıya dayalı X-FEL uygulamalarını çalışmak üzere, sttperiletken RF teknolojisi kullanarak DESY (Almanya)'da TESLA Test Hızlandırıcısı (TTF) geliştirilmiştir. Yüksek enerji kazanımı ve hızlandırma gradyenine sahip bu yeni teknoloji sayesinde RF lineer hızlandırıcılara ilgi bir kat daha artmıştır. Bu çalışmada, hızlandırıcıların ana parametreleri ile enine ve boyuna demet dinamiği incelendikten sonra, TESLA Test Hızlandırıcısının I. (240 MeV) ve II. (1 GeV) aşamaları incelenmiş ve Türk Hızlandırıcı Kompleksi (TAC) için tasarlanan 130 ve 260 MeV'lik lineer hızlandıncılarin ana parametreleri belirlenmiş ve ana donanımlarının neler olması gerektiği tartışılarak parametre optimizasyonu yapılmıştır. 2004, 75 sayfa ANAHTAR KELİMELER: Lineer hızlandırıcılar, sinkrotron salınımlan, betatron salınmaları, fabrikası, TESLA, TAC. ABSTRACT Master Thesis PARAMETER OPTIMISATION AND BEAM DYNAMICS IN RF LINEAR ACCELERATORS Emel KİLİT Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Engineering Physics Supervisor: Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Particle accelerators are the tools to study experimental high-energy physics, nuclear physics and the production of synchrotron radiation, free electron lasers that used for basic and applied research. In recent years, TESLA Test Facility (TTF) has been developed by using superconducting RF technology to study particle physics research and applications of X-FEL depending on linear accelerators. In this study, the main parameters and main hardware of linear accelerators, longitudinal and transverse beam dynamics are explained. Considering phase-I (240 MeV) and phase-II (lGeV) of TESLA Test Facility linear accelerator, main parameters and main hardware of the linear accelerator of phase-I (130 MeV) and phase-II (260 MeV) of TAC (Turkish Accelerator Center) proposal are estimated and parameter optimisation is done. 2004, 75 pages Key Words: Linear accelerators, synchrotron oscillations, betatron oscillations, 4> factory, TESLA, TAC. 83

123 ÖZET İki Boyutlu Ayakkabı izlerinin Geliştirilmesinde ve Alınmasında Kullanılan Yöntemlerin Karşılaştırılması Bir suç olayı sonrasında adil bir yargılama yapılabilmesi için ön soruşturma aşamasının insan haklarına uygun olarak gerçekleştirilmesi ve bu aşamada fiziki delillerin eksiksiz bir şekilde toplanmaları gerekir. Bu nedenle suç yerini incelemekle görevli personel, fiziki deliller konusunda çok iyi şekilde bilgilendirilmeli ve teknik ekipman açısından gerektiği şekilde donatılmalıdır. Ayakkabı izleri de suç yerlerinde sıkça rastlanabilecek ve suç olaylarının aydınlatılmasında önemli rol oynayabilecek türden maddi delillerdir. Ancak yapılan araştırmalar göstermiştir ki, suç yerini incelemekle görevli kişilerin bu tür deliller hakkında bir takım bilgi ve teknik donanım eksiklikleri vardır. Bunların başında olay yerinde bulunabilecek iki boyutlu ayakkabı izlerinin geliştirilmesinde ve olay yerinden alınmasında kullanılan yöntemler hakkındaki bilgi eksiklikleri gelmektedir. Olay yerlerinden elde edilen ve elde edilebilecek ayakkabı izlerinin büyük çoğunluğunu iki boyutlu ayakkabı izleri oluşturmaktadır. İki boyutlu ayakkabı izlerinden bir bölümü ilk bakışta görülebilir iken bir kısmının görülebilmesi ve belirginlik seviyesinin arttırılabilmesi için bir takım işlemler uygulanması gerekir. Bu geliştirme işlemlerinin bir bölümü fiziksel, bir bölümü ise kimyasal yöntemlerdir. Bu çalışma, olay yerinde bulunan iki boyutlu bir ayakkabı izinin geliştirilmesi için uygulanacak fiziksel yöntemler ile olay yerinden alınması için kullanılan yöntemleri ele almaktadır. Bu yöntemler hakkında literatürde yer alan bilgilere yer verilmiş, ayrıca her bir yöntemin hangi tür izlerde ve hangi tür iki boyutlu ayakkabı izlerinde etkili olduğu araştırılmıştır. Sonuç olarak belirli tür yüzeyler üzerinde bulunan iki boyutlu ayakkabı izlerinin oluşum şekillerine göre, hangi yöntemlerle daha iyi geliştirildiği ve daha etkin bir şekilde alınabildiği belirlenmiştir. Bu esnada yöntemlerin birbirleri ile; maliyet, uygulanma zamanı, uygulanabilirlik alanları gibi hususlar açısından karşılaştırması yapılmıştır.124 Amaç olarak, olay yerinde bulunan iki boyutlu bir ayakkabı izinin en iyi şekilde değerlendirilerek yargı sürecine katkı sağlayabilmesi için önemli olan bir takım yöntemleri ortaya koymak ve bu yöntemlerin uygulanabilirliğini belirlemek seçilmiştir. Bu doğrultuda, ayakkabı izlerinin suç yerlerinden toplanması ve incelenmesinde görev alan personelin bilgi seviyesine katkı sağlanmış, ayrıca bu işlemler için gerekli olan teknik ekipmanlar belirlenmiş olacaktır. Anahtar Sözcükler: Ayakkabı izleri, ayakkabı izlerinin geliştirilmesi, ayakkabı izlerinin alınması, iki boyutlu ayakkabı izleri, olay yeri. 125 SUMMARY Comparison Of The Physical Techniques Using For Lifting And Enhancement Of Two Dimensional Footwear Prints After a crime event, the pre- questionnaire stage have to be done appropriately for the human rights and the physical evidence collected completely for a fair judgement. So that, the crime scene investigators have to be informed very well about the physical evidence and equipped with the necessary tools. Footwear prints might be found as an evidence at the crime scene rarely and contribute to enlighten the crimes. But the research show that the crime scene investigators have some lack of knowledge and equipment about these kinds of evidence. First of them is lack of knowledge about the enhancement and the lifting techniques of the two dimensional footwear prints. Most of the footwear prints, lifted or could be lifted from the crime sceene are two dimensional ones. Some of these two dimensional footwear prints are able to be seen at the normal light conditions but some of them need to be enhanced by some techniques to be seen or improve the seenability at the crime scene. Some of the enhancement techniques are chemical, some of them are physical. This study deals with the physical enhancement and lifting techniques for the two dimensional footwear prints found at the crime scene. In the range of the study, there are knowledges about the techniques from the the literature and the results of the experiments done about the effects of these techniques for different kinds of two dimensional footwear prints on the different surfaces. As the result, it is determined that which technique is the most effective to enhence or lift for a kind of two dimensional print on a kind of surface. At the same time the enhancement and lifting techniques are compared with each other in the frame of, cost and application time.126 As the aim of this study, it was choosen that determine the important techniques and application of them for evoluation of two dimensional footwear prints at the process of judgement. By this aim, the knowledge of crime sceene investigators and all interested personal will improve about this subject and the necessary equipments to apply these techniques will be determined. Key Words: Footwear prints, enhancement of footwear prints, lifting of footwear prints, two dimensional footwear prints, crime scene, 141

ÖZET Yüksek Lisans Tezi LİNAK-HALKA TİPLİ ee+, ep ve e`A ÇARPIŞTIRICILARI özge AMUTKAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mtthendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Ömer YAVAŞ Parçacık hızlandırıcıları başta parçacık fiziği ve nükleer fizik deneyleri olmak üzere sinkrotron ışınımı, serbest elektron lazeri ve ikincil demetlerin üretilmesi ve bunların araştırma ve uygulamada kullanılmasını sağlayan deneysel aygıtlardır. Geleneksel parçacık çarpıştıncıları halka-halka veya linak-halka tipli olarak inşa edilmiştir. Son yıllarda elektron lineer hızlandırıcılarında yaşanan teknolojik gelişmeler GeV enerjili lineer hızlandırıcıların mevcut hadron halkalarına teğet olarak kurulmasını bir başka deyişle, linak-halka tipli çarpıştıncılar kurulmasını gündeme getirmiştir. Günümüzde linak-halka tipli parçacık fabrikaları (, c ve t), elektron-proton, elektron- çekirdek, foton-proton ve foton-çekirdek çarpıştıncılarını konu alan değişik projeler yürütülmektedir. Bu çalışmada, hızlandırıcıların ana parametreleri ve karasızlık kaynaklarının fiziği incelendikten sonra, linak-halka tipli ıj> fabrikası, TESLA*HERA (THERA) ve eRHIC çarpıştıncı projeleri için ana parametreler ve kararsızlığa katkıda bulunan parametrelerin hesabı yapılmış ve bu çarpıştıncıların fizik araştırma potansiyelleri tartışılmıştır. 2003, 97 sayfa ANAHTAR KELİMELER: Linak-halka tipli çarpıştırıcılar, ışınlık, kütle merkezi enerjisi, § fabrikası, THERA, RHIC. ABSTRACT M.Sc Thesis THE LINAC-RING TYPE e e+, ep and e'A COLLIDERS OzgeAMUTKAN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Engineering Physics Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ömer YAVAŞ Particle accelerators are the main tools to study experimental particle physics, nuclear physics and the production of synchotron radiation, free electron lasers and the secondary beams etc. used for basic and applied research. Traditional colliders have been constructed as ring-ring or linac-linac type. In recent years, technological development of RF linear accelerator gives a chance to construct TeV scale linear e`e+ colliders (TESLA, CLIC, NLC, JLC projects). At the same time, as an alternative way to reach TeV scale center of mass energies, the construction of linac-ring type colliders is being considered with the tangentially combination of large linacs with existing hadron rings. Linac-ring type particle factories (<>, c and t) and ep, e A, yp and yA collider projects are under investigation. In this study, first, the main accelerator parameters and the sources of instabilities are explained. Then, the main parameters and instability parameters of a linac-ring type <> factory, TESLA*HERA (THERA) collider and eRHIC collider projects are calculated and the physics search potantials are discussed in details. 2003, 97 pages Key Words : Linac-ring type colliders, luminosity, center of mass energy, § factory, THERA, RfflC. 97

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Lineer Hızlandırıcısına Dayalı Serbest Elektron Lazerleri Özlem YAŞAR Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof Dr. Ömer YAVAŞ Bu çalışmada, lineer elektron hızlandırıcılarına dayalı olarak serbest elektron lazeri (SEL) elde edilmesi incelenmiştir. SEL' in ana parametreleri olan dalga boyu, enerji, akı, parlaklık ve aydınlığın elektron demetine ve salındırıcı (undulator) magnetin parametrelerine bağlılığı ve salındırıcı magnet içinde elektron demetinin dinamiği araştırılmıştır. 4. nesil ışmım kaynağı olarak bilinen SEL'lerin 2. ve 3. nesil sinkrotron ışınımından farkı vurgulanmıştır. Dünyada SEL laboratuvarlarının durumu ele alındıktan sonra, ulusal hızlandırıcı laboratuvarı projesi kapsamında önerilen 130 ve 260 MeV enerjili lineer hızlandırıcılardan ŞASE modunda elde edilecek SEL için parametre optimizasyonu yapılmıştır. SEL' in genel ve bilimsel araştırma amaçlı kullanım alanları detaylıca verilmiştir. 2003, 68 sayfa ANAHTAR KELİMELER: Lineer Hızlandırıcı, Serbest Elektron Lazeri, Salındırıcı Magnet, Zigzaglayıcı Magnet, Akı, Parlaklık, Aydınlık. ABSTRACT Master Thesis Linac Based Free Electron Lasers özlem YAŞAR Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Engineering Physics Supervisor: Prof Dr. Ömer YAVAŞ In this 'work, electron linac based free: electron lasers are studied. During this study, parameters 'which are related with quality of linac based free electron laser such as power, flux, energy, brightness, brillance and also electron beam dynamics in the undulator are defined. The differences between fourth generation radiation (FEL) and second and third generation synchrotron radiation are (SR) explained. Also main parameters of SASE FEL are discussed in details. Some FEL laboratories are investigated. Parameter optimizations are done for SASE FEL production from 130 and 260 MeV lmacs that are the mam parts of national linac-ring $ factory proposal. The application fields of FEL in basic and applied research are given in detail. 2003, 68 pages Keywords: Linear Accelerator, Free Electron Laser, Undulator Magnet, Wiggler Magnet, Flux, Brilliance, Brightness. 11 68

ÖZET Doktora Tezi KOLLEKTİF ÇEKİRDEK UYARILMALARI VE SEL y-ÇEKİRDEK ÇARPIŞTIRICILARI İLE NÜKLEER SPEKTROSKOPİ Ekber GULİYEV Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı Danışman : Doç. Dr. Ömer YAVAŞ Bu tez çalışmasında koliektif nükleer uyarılmaları, mikroskobik modelin rastgele faz yaklaşımı (RPA) yöntemi çerçevesinde ele alınmıştır. Çalışmada, çekirdek hamiltoniyeninin değişmezlik ilkelerine dayanarak koliektif seviyelerin meydana gelmesinden sorumlu olan izoskaler ve izovektör etkin kuvvetlerin ayrılabilir şekilde ortalama alan potansiyeliyle özuyumlu olarak seçilmesini sağlayan serbest parametresiz bir teori kullanılmıştır. Bu teori çerçevesinde magnetikdigol uyarılmalarının makas mod ve spin-titreşim dallan incelenmiştir. Deforme `çekirdeklerde simetri kırınımının neden olduğu sıfır enerjili Goldstone dalının, makas mod rezonansının düşük enerjilerde kuvvetli bir biçimde ayrışmasından sorumlu olduğu ortaya konulmuştur. Çekirdek koliektif uyarılma seviyelerinin deneysel olarak incelenmesinde Nükleer Rezonans Floresansı (NRF) gibi geleneksel deney yöntemlerinin zorlandığı enerji bölgelerinin incelenmesini sağlamak üzere planlanan Serbest Elektron Lazeri (SEL)-Çekirdek çalıştırıcılarının ana parametreleri hesaplanarak spektroskobik açıdan sağlayacağı üstünlükler Sın gibi deforme ve Ba ve Ce gibi geçiş çekirdekleri ele alınarak gösterilmiştir. Çekirdeklerde koliektif uyarılmalar için SEL-Çekirdek çalıştırıcılarının geleneksel deney cihazlarına sağladığı üstünlükler, önerilen bu çarpıştırırların gelecekte çekirdek seviyelerinin parametrelerinin araştırılmasında deneysel olarak çok yönlü ve duyarlı sonuçlar ortaya koyabileceğini göstermektedir. 2002, 65 Sayfa ANAHTAR KELİMELER : RPA yöntemi, Çekirdek koliektif uyarılmaları, Magnetik dipol geçişleri, Makas mod, Nükleer spektroskopi, Parçacık hızlandırıcıları, SEL-çekirdek çarpıştırıcıları ABSTRACT Ph.D.Thesis NUCLEAR COLLECTIVE EXCITATIONS AND NUCLEAR SPECTROSCOPY WITH FEL y-NUCLEUS COLLIDERS Ekber GULİYEV Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Engineering Physics Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ömer YAVAŞ The aim of this thesis is to study collective nuclear excitations by means of the random phase approximation (RPA) method of microscopic model. Based on the invariance principle of Hamiitonian, a parameterless theory has been used. The theory provides isoscalar and isovector effective forces, which are responsible for generating the collective excitations, to be selected in a separable form self-consistently with mean-field potential. In the frame of this theory, scissors mode and spin-vibrational branch of magnetic dipole excitations have been investigated. It has been found that the zero-energy Goldstone branch caused by symmetry breaking in deformed nuclei is responsible for strong fragmentation of scissors mode resonance at low energies. The main parameters proposed for FEL y -Nucleus colliders for investigations of nuclear collective excitations have been calculated in the case where traditional nuclear experiments, such as NRF, have some difficulties for certain energy regions. The spectroscopic advantages of these colliders for investigation of high lying excitations of Ba, Ce, and Sm isotopes have been shown. It has been proved that in future FEL-nucleus colliders would be very promising experimental tool for investigation of parameters of levels with great precision and make it possible to extend our knowledge of photon nucleus interactions to higher energies than can be reached with other techniques. 2002, 65 pages Key Words : RPA method, Collective nuclear excitations, Magnetic dipole transitions, Scissor mode, Nuclear spectroscopy, Particle accelerators, FEL- nucleus colliders 62

Parçacık fiziği açısından, parçacık hızlandırıcılarında en önemli parametre ışınlık (luminosity)'tır. Parçacık fizikçileri yüksek olay sayıları için yüksek ışınlığa gerek duyarlar. Yüksek ışınlık ise her bir demette yüksek parçacık yoğunluğunun yanısıra, yüksek çarpışma frekansı ve düşük emittans değeri ister. Bu çalışmanın ilk kesiminde, ilk olarak çarpıştırıcılar için ışınlık ve kütle merkezi enerjisi tanımlanmış daha sonra ise demet dinamiği enine salınımlar için çözümlenmiş, rezonanslar ve ayar kaymalarının demet kalitesine ve dağılmasına etkisi detaylıca tartışıldıktan sonra, emittans büyümesinin nedenleri ve analitik olarak analizi tartışılmıştır. Ayrıca emittans değerini belirli bir limitte tutabilmek için geliştirilen soğutma tekniklerinin fiziksel ilkeleri incelenmiştir. İkinci kısımda ise ilk olarak TeV enerjili kütle merkezi enerjisine ulaşmada dörtüncü yol olarak önerilen lineer-halka tipli ep çarpıştıranları için ışınlık, kütle merkezi enerjisi, uzay yükü ve demet-demet ayar kaymalarının hesapları verilmiştir. Emittans büyümesi durağan olmayan demetler için serbest enerji parametresine göre incelenmiştir. Gaussiyen bir demet için yoğunluk bağımlı etkiler incelenmiştir. Daha sonra sırasıyla elektron demeti ile, stokastik, ışıma yolu ile ve lazer demeti ile soğutma teknikleri kullanılarak değişik iyon, proton ve elektron depolama halkaları için soğutma süreleri hesaplanmış ve tartışılmıştır. 1999, 86 sayfa ANAHTAR KELİMELER: Parçacık hızlandırıcıları, çarpıştırıcılar, ışınlık, emittans, ayar kaymaları, demet-demet etkileri, emittans büyümesi, soğutma teknikleri. From the particle physics point of view, most important parameter of a particle collider is luminosity. Physicists need higher luminosities for higher event rates in an experiment. Higher luminosity needs high particle densities, high collision frequency and very low transverse emittances and amplitude functions at interaction region for each beam. As a theoretical background, luminosity, and center of mass energy of a collider are defined, dynamics of betatron oscillations is analyzed and emittance is determined. The effects of resonances, space charge and beam beam tune shifts on the beam quality in view of instabilities are investigated. The reasons of emittance growth and the techniques of cooling processes are discussed in detail. Afterwards, luminosities, center of mass energies and tune shift values of linac-ring type ep colliders which are proposed for the fourth way to TeV scale collision experiments are calculated. Emittance growth of a nonstationary beam with respect to free energy parameter h is analyzed. Emittance growth of a Gaussian beam related with density profile is investigated. Cooling times are calculated and discussed for electron, stochastic, radiation and laser cooling techniques for some electron, proton and ion storage rings. Key Words: Particle accelerators, colliders, luminosity, emittance, tune shifts, beam-beam effects, emittance growth, cooling techniques. 97