TUBITAK Proje No: 106T722:
Çarpışma Fiziğinde Kullanılmak Üzere Yüksek Çözünürlüğe Sahip Yüklü Parçacık Analizör Sisteminin Geliştirilmesi, TÜBİTAK
Proje Yürütücü:
ÖZET: Enerji analizörlerinin tasarım ve optimizasyonunda bazı kısıtlama ve sorunlar bulunmaktadır ve bunlar henüz tam olarak çözümlenememiştir. Bu sorunlardan biri, analizörün saptırıcı elektrotlarının giriş ve çıkışına yerleştirilen yarık veya disklerden dolayı meydana gelen elektrik alan bozunumlarıdır. Bu alan bozunumları analizörün demeti odakladığı saptırma açısını azaltmakta, dolayısıyla görüntü noktasındaki demetin odaklama özelliklerini bozmakta ve sonuç olarak analizörün enerji çözünürlüğünü düşürmektedir. Şu ana kadar önerilen birçok teknikte değişik elektrot konfigürasyonları kullanılarak bu bozucu alanın etkisi azaltılmaya çalışılmıştır. Bu alan düzelticileri şuan kullanımda olan spektrometrelerde kullanılmakta fakat küçük boyutlarda olan elektrotların mekanik imalatı ve montajı problem olmaktadır. Diğer sorunlar, bu elektrotların imalatındaki küçük hataların odaklama özelliklerini bozması, transmisyonun düşmesi ve efektif enerji aralığının küçük olmasıdır. Buna ek olarak bu düzeltme metotları iki saptırıcı elektrot arasındaki mesafenin artması durumunda kötü sonuçlar vermektedir. Elektrotlar arasındaki mesafenin artması yüksek sinyal şiddeti ve transmisyon için gereklidir.
Bu projede, yeni bir enerji analizör sisteminin tasarımı yapıldı ve bilgisayar modellemesi yardımıyla şu an kullanımda olan gerçek analizörlerin enerji çözünürlüğünün incelenen bir durum için 3 kat ve daha fazla artırılabileceği gösterildi. Bu yeni analizörün önceki tasarımlara göre birçok avantajları bulunmaktadır. Bunlar, yüksek dispersiyon, verilen herhangi bir giriş ve çıkış disk çapı için yüksek enerji çözünürlüğü, iyi odaklama karakteristikleri ve yüksek transmisyondur. Aynı zamanda hiçbir alan düzeltici elektrota gerek duymadığı için modern yüklü parçacık analizör tasarımlarında araştırmacılar tarafından kolayca kullanılabilme özelliğine sahiptir.
Deneysel fizikte, kendi kaynakları kullanılarak geliştirilen teknoloji, bir projenin başarısında kriter olarak değerlendirilmektedir. Bu projede, yüksek enerji çözünürlüğü, geniş katı açı ve yüksek transmisyona sahip bir yüklü parçacık enerji analizörünün geliştirilmesi ve imalatının yapılması ve yüklü parçacık optiği simülasyonu kullanılarak analizörün kompleks yapısı ve bununla ilişkili olan maliyetinin düşürülmesi amaçlanmıştır. Bilgisayar modellemesiyle elde edilen sonuçlar, analizörün imalatından sonra Afyon Kocatepe Üniversitesinde bulunan ve aynı proje yürütücüsüne ait Üçlü Çakışma Spektrometresinde elektron atom-çarpışma deneylerinde kullanılacaktır.
TUBITAK Proje No: 109T738:
Elektron Spektrometresi İle Moleküllerin İyonlaşma Durumlarının Elektron Çarpışma Deneyleriyle İncelenmesi, TÜBİTAK
Proje Yürütücü:
Atom ve Moleküllerin doğal ortamda iyonlaşmalarının anlaşılmasında elektron-atom/molekül çarpışmalarının önemli bir yeri vardır. Bu tür çalışmalar parçacıkların etkileşimi boyunca mekanizmanın temeli hakkında sağlıklı bilgi verir. 1970’li yıllara kadar çarpışma fiziğindeki çalışmalar çıkan ürün parçacıklarının her hangi birisinin dedekt edilmesi şeklinde idi. 1970’li yıllardan sonra Atom ve Molekül Fiziğinde uygulanan elektron-elektron (e, 2e) çakışma (coincidence) deneyleri, eş zamanlı olarak iki ya da daha fazla aynı çarpışma olayından çıkan parçacıkların dedekt edilmesi şeklindedir. Çoğu klasik deney çalışmalarında açığa çıkan bu parçacıklardan sadece birisi dedekt edilmekte, diğerleri ise ihmal edilmektedir. Fakat (e,2e) çakışma deneyleri ile mümkün olan maksimum bilgiye ulaşılabilmektedir.
Tipik bir çakışma spektrometresinin temel parçaları; elektron tabancası, hedef atom kaynağı, elektron analizörleri ve Faraday elektron çoğaltıcılardır. Tüm bu sistem vakum çemberi içerisinde ve elektrik ve manyetik alanlardan arındırılmış bir ortamda olmalıdır. Bu deney parçalarının aynı düzlem üzerinde dışarıdan kontrol edilebilen ve bir merkez etrafında döndürülebilen bir yapısı olmalıdır. Her bir analizördeki detektörden gelen sinyaller amplifikatör aracılığıyla büyütülür ve diskriminatör tarafından düzenlenir. Gelen bu sinyaller düzenlendikten sonra birisi başla diğeri ise durdur komutu olarak Zamanı Genliğe Dönüştürücüye (TAC) gönderilir. TAC’tan alınan sinyalin büyüklüğü başlat (start) ve durdur (stop) sinyallerinin arasındaki zaman farkının oranıdır. TAC’tan alınan sinyallerin kaydedilmesi bilgisayar ortamında bir sinyal yükseltici tarafından yapılır. Tek parçacık ve eş zamanlı çok parçacık ölçümlerinde dikkatli ve güvenilir sonuçlar alınabilmesi için deney düzeneğinin hassas bir şekilde dizayn ve test edilmesi gerekir. Bu tür deneyler atom ve molekül fiziğinde çarpışma dinamiğinin ve N-parçacıklı sistemlerin kuantum mekaniksel olarak anlaşılmasını kolaylaştırır.
Elektron spektrometresinde, yüklü parçacık analizörünün önemli bir yeri vardır. Yüksek çözünürlüklü yüklü parçacık spektroskopisi [örneğin kimyasal analiz için elektron spektroskopisi (ESCA), Auger elektron spektroskopisi (AES), elektron-elektron çakışma spektroskopisi (e,2e), UV Fotoelektron spektroskopisi (UPS), Yüksek çözünürlüklü elektron enerji kayıp spektroskopisi (HREELS), X-ray fotoelektron spektroskopisi (XPS), veya İyon saçılma spektroskopisi (ISS) vb.] fizik, malzeme bilimi, kimya, biyoloji ve hatta tıp gibi birçok uygulama alanında kullanılan bir tekniktir. Çarpışma fiziğinde kullanılan spektrometrelerde en önemli kısımlardan biri yüklü parçacıkların analizini sağlayan enerji analizörüdür. Bu sistemlerde yapılan deneylerin etkili olabilmesi için yüksek sinyal şiddeti, geniş katı açı, yüksek enerji çözünürlüğü ve yüksek momentum çözünürlüğü gerekmektedir. Birçok farklı spektrometre şuan Amerika ve Avrupa ülkelerindeki ileri teknoloji şirketlerinde üretilmektedir. Bu tür sistemlerin yapımı ve çalıştırılmasında, yüksek performansla çalışan iyi yetişmiş araştırmacı ve teknisyenlere ihtiyaç duyulmaktadır. Daha önce proje grubu paralelinde tamamlanan DPT ve TÜBİTAK projeleri ile edinilen tecrübelerle bu tür bir alt yapı oluşturulmuştur. Şimdi uluslar arası bazda önemli sonuçlar alınabilecek deneysel çalışmalar yapılmakta ve farklı tür deneysel çalışmalar için gerekli olan teknik ve bilgi alt yapısı oluşmuştur.
Bu projede, daha önceki projede tarafımızca geliştirilen; yüksek enerji çözünürlüğü, geniş katı açı ve yüksek transmisyona sahip bir yüklü parçacık enerji analizörü geliştirilmiş ve imalatı yapılmıştır. Ayrıca, bu projenin temel alt yapısını oluşturacak olan sistemle ilgili Laboratuarımızda var olan altyapı detayları bu projenin ekinde (EK-1) verilmiştir. Özellikle EK-2 de verilen bu projenin gerçekleştirileceği sistemle ilgili detaylarda belirtildiği gibi İngiltere Newcastle Üniversitesi Fizik bölümünden Prof. Dr. Albert CROWE, bölümümüzde bulunan Elektron Spektroskopi laboratuarına hibe yoluyla EK-2’de belirtilen cihazları vermişlerdir. Proje Yürütücüsünün Mastır ve Doktora çalışmalarını da yaptığı bu laboratuardan getirilen sistemin birisi bu proje kapsamında elektron-molekül çarpışma deneyleri yapılabilecek hale dönüştürülecektir.
Bu çalışma yukarıda belirtilen bilgi ve teknik alt yapı üzerine var olan laboratuarda gerçekleştirilecektir (ayrıntılı bilgi için http://www.e2e.aku.edu.tr/). Ülkemizde ilk defa kullanılacak olan bu teknik Avrupa ve Amerika’da sayılı laboratuarlarda vardır. Bu laboratuarımızda, ilk başlangıçta H2 molekülünün dinamik ve açıya göre diferansiyel tesir kesitlerinin ölçümleri yapılacaktır. Daha önceki çalışmalarda en basit çok elektronlu sistem olan Helyum atomu tarafımızca çalışılmıştır (Dogan 1999)1. Şimdi ise en basit çok elektronlu moleküler yapıdaki H2 molekülü üzerine bu teknik denenecek ve daha sonra N2 gibi temel moleküllerden sonra daha kompleks moleküller üzerinde çalışmalar devam ettirilecektir.
