turksel tesisinin araştırma potansiyeli, kullanıcı profili ... · femto saniye atmalı...

19-20 MART| 2015 | HTE, ANKARA ÜNİVERSİTESİ

THM-YUUP Projesi Genel Değerlendirme Çalıştayı

TURKSEL Tesisinin Araştırma Potansiyeli, Kullanıcı Profili ve

Üreteceği Katma Değer

İlhan Tapan Uludağ Üniversitesi

THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi İlhan Tapan| Uludağ Üniversitesi

İçerik

- Giriş

- Araştırma alanları

- Kullanıcı potansiyeli

- Dünya’dan örnekler

- Sonuç-Tartışma


Giriş

Kullanıcılara sunulması planlan

Kendiliğinden Genlik Artırımlı Serbest Elektron Lazeri (SASE-SEL)

- yüksek pik gücüne sahip (GW),

- küçük SEL dalgaboylu (nm),

- ayarlanabilir dalgaboylu (yumuşak X-Işınları – UV Bölgesi),

- tekrarlanabilir küçük atma uzunluklarına sahip (fs),

- koherent ve monokromatik lazer ışınından oluşmaktadır.

Bu nedenle THM SASE-SEL tesisi, Türkiye’de ve bölgede nano-

ölçekte ve anlık ölçüm gerektiren bilimsel araştırmalar için geniş

bir uygulama alanına sahip olacaktır.

THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi

Araştırma alanları

İlhan Tapan| Uludağ Üniversitesi

SASE ile üretilecek olan X-ışınları, gerek temel ve uygulamalı

araştırmalarda, gerekse endüstriyel ve teknolojik uygulamalar gibi çok

geniş bir yelpazede uygulama alanı bulmaktadır

- Atomik ve moleküler spektroskopi

- İyon demetlerinin spektroskopisi

- İyonlaşmış gaz ve plazma spektroskopisi

- Atomik ve moleküler grup spektroskopisi

- Katıhal spektroskopisi

- Yüzey ve ince filim fizik ve kimyası

- Lazerle uyarılmış ve dizilmiş atomların

incelenmesi

- Çoklu foton süreçleri

- Grup ve radikal spektroskopisi

- Elektronik yapıların incelenmesi

- Fotokimyada ve yüzey biliminde reaksiyon ve

gevşeme dinamiği

- Yüzeylerde reaksiyon kinetiği

- Uyarılmış katıların yüksek çözünürlüklü

fotoelektron spektroskopisi

- Mağnetik malzemeler ve ışık altında çok renklilik

- Lineer olmayan magneto-optik

- Floresans spektroskopisi

- Fotokimyasal süreçlerin incelenmesi

- Biyolojik yapılar ve bunların dinamiği

- Malzeme ve yüzey işleme

- Çok tabakalı mağnetik filimler

- Yarı iletkenlerin elektronik yapıları

- Ağır fermiyon metalleri

- Yüksek sıcaklık süperiletkenliği

- Katıhal reaksiyonlarının dinamiği

- X-ışını mikroskopisi ve mikro-spektroskopi

- Spektro-mikroskopi

- Atomların ve iyonların tekli ve çoklu foton

uyarılma dinamiği

- Serbest iyonlarla etkileşme

- Foton kaynaklı atomik frekans ve atomik çift

oluşumu

- Elektron atmalarının yoğun madde ile etkileşmesi

- Kuvvetli elektrik ve magnetik alanların madde ile

etkileşmesi

- Lineer olmayan optik

- Lineer olmayan X-ışını optiği

- Yoğun X-ışını kaynağı olarak geçiş ışıması


1- Atom, molekül ve yığın (cluster) fiziği araştırmaları



X-ışını atomların iç kabuktaki elektronların uyarılmasına veya iyonlaşmasına

neden olur.

- Farklı dalga boylarında ve güç yoğunluklarındaki x-ışını ile ışınlanan atomik,

moleküler ve yığın hedeflerin elektron dinamiği çalışılabilir

- Femto-saniye mertebesinde x-ışını atmalarının kırınımı ile moleküllerin,

yığınların yapı ve dinamiklerinin araştırılabilir

Tek bir x-ışını atması ile kırınım

desenleri kaydedilebilir




Femto saniye atmalı X-ışını dalga-boylarındaki lazerler ile yığınların uyarılması

işlemlerinde, uyaran enerji küçük ve böylece titreşen elektronların genliği de

küçük olacaktır. Bu elektronların kinetik enerji dağılımı ise; foto-yayınım, Auger

bozunumu ile yığındaki elektron-elektron ve elektron-iyon etkileşimini

içerecektir. Bu yöntemle, yığınlardaki dinamiksel işlemler, güçlü bir

pertürbasyon olmaksızın analiz edilebilmektedir.




X-SEL’in femto-saniye mertebesindeki zamansal yapısı ile; pump-probe

tekniği ile çeşitli saçılma deneylerinin yapılmasını mümkün olmaktadır.


2- Plazma fiziği araştırmaları



X-ışınları ile plazmanın etkileşimi, plazma üzerine araştırma yapılabilmesini

sağlar. Görünür lazer ışığının düşük etki derinliğinden dolayı, katıhal

yoğunluğuna yakın plazmaların araştırılması yapılamamaktadır. X-SEL ışınımı

kullanılarak plazmaların hidrodinamik gelişiminin takibi gerçek zamanlı olarak

yapılabilmekte ve çeşitli plazma parametrelerini elde edilebilmektedir




Yüksek basınç altında bir kaç mikrometreye kadar gaz veya katı hedef üzerine

odaklanmış güçlü X-SEL atmaları, oldukça yüksek sıcaklığa sahip katı yoğunluklu

plazma üretebilmektedir.

Aynı lazer demeti bölünerek, oluşturulan bu plazma üzerinde araştırma yapma

imkanı sağlar.


3- Katı hal fiziği araştırmaları



Günümüzde manyetizma, faz geçişleri ve toplu uyarılmalar gibi kompleks

olaylar sinkrotron ışınımı kullanılarak başarılı şekilde çalışılmaktadır. Fakat bu

çalışmalar genelde sistemin taban düzey özellikleri ile sınırlandırılmaktadır. X-

SEL’in kullanımı hem hacimsel hem de yüzeysel olarak düzensiz sistemlerin

dinamik özelliklerinin incelenebilmesini sağlamaktadır.

X-SEL ışınımı kullanılarak aşırı hızlı bir şekilde gerçekleşen süreçlerin

çalışılması, yani manyetik özellikler veya faz geçişlerinin araştırılması, yüksek

teknolojinin kullanılması açısından önemli olduğu kadar temel bilim alanında

süreçlerin anlaşılması açısından da önemlidir.


4- Malzeme Bilimi



X-SEL ışınları polimerlerdeki faz oluşumunun, yeniden yönelimin,

kristalleşmenin, çekirdekleşme veya difüzyon gibi işlem süreçlerinin

araştırılabilmesini sağlamaktadır. Bugün nano ölçekteki maddelerde, nano-

spektroskopi yöntemleri kullanılarak mümkün olmayan incelemeler, X-SEL

ışınları ile mümkün olmaktadır. Sert malzemelerin araştırılmasında çok kısa

X-ışını atmalarının kullanılması, metallerin alaşımların ve seramiklerin yapısal

ve dinamik özelliklerinin araştırılabilmesini sağlamaktadır.


5- Kimya araştırmaları



Günümüz geleneksel X-ışını kaynakları ile birkaç femto-saniyelik bir zaman

dilimindeki gerçekleşen kompleks kimyasal reaksiyonların araştırılması

imkansızdır. X-SEL kaynakları ile bu problemi aşmak mümkün olmaktadır

X-ışınları diğer tekniklerle doğrudan gözlenemeyen üç boyutlu atomik yapıyı

çözümlemede belirli bir avantaja sahiptir. Kimyasal reaksiyonlar esnasında

meydana gelen yapısal değişimlerin kararlı hale getirilmesi reaksiyonun analizi

açısından önemlidir.

X-SEL ışınımının ortalama şiddetinin yüksek olması küçük atom numaralı

maddelerin araştırılması için yeni metodların geliştirirlmesine imkan

vermektedir.


6- Yapısal biyoloji, yaşam bilimleri



SEL ile sinir zarları, hemen yanında bulunan sinirlere zarar verilmeden,

başarılı kesiler yapılarak tedavi edilmiştir. İlk insanlı SEL araştırması bir

beyin tümörünün biyopsisi olarak gerçekleştirilmiştir.

Dişçilikte, mineral özelliği bozulan diş minesini yeniden mineralize etmek

veya dişin taç bölgesini açığa çıkartmak için SEL uygulaması yapılmıştır.


7. Lineer olmayan süreçler ve kuantum optiği



X SEL, yüksek pik gücü ve kolay ayarlanabilirliği sayesinde yarıiletkenlerde ve

kuantum kuyularında özellikle lineer olmayan çalışmalar için uygundur. Ultra

kısa zaman aralıklarında yapılan pump-probe ölçümleri ile dar enerji aralıklı

yarı iletkenler üzerindeki koherent geçiş etkilerinin artışının gözlenmesine

ve üçüncü mertebe lineer olmayan çalışmalara izin vermektedir.

Ayrıca, pump-probe tekniği ile SEL’in kuantum kuyularına optik pompalanması

ile kuantum optiği üzerine çalışmalar yapılmaktadır.

THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi İlhan Tapan| Uludag University



Ülkemizde, dalga bolu 1-100 nm lazer kullanarak araştırmada

bulunan 11 üniversite vardır.

Bu üniversiteler Ankara, Uludağ , Koç, Abant İzzet Baysal, ODTÜ,

Gazi, Dumlupınar, Fatih, Recep Tayyip Erdoğan, Bilkent, Hacettepe

Üniversiteleri ve İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsüdür.

Yapılan çalışmalarda ağırlıklı olarak; 0.1 nm, 0.8 nm ve 13 nm

dalga boyuna sahip lazerler kullanılmaktadır.

Kullanıcı potansiyeli





Araştırma Alanları Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi •Elektro - Optik Çalışmaları LATARUM

A - Lazer parametrelerinin ölçülmesi Prof. Dr. Arif DEMİR B - Spektroskopik ölçümler

C - Optik özellikleri belirleyen sistemler

•Lazerle Malzeme İşleme Çalışmaları

1.06 µm dalga boyunda GSI LUMONICS JK760TR Nd:YAG lazer kullanılarak,

magnezyum ve titanyum alaşımları, paslanmaz çelik, alüminyum

alaşımlarından elde edilen küçük parçaların üretilmesi amacıyla kaynak,

delme, kesme işlemleri yapılmaktadır. •Modelleme - Simulasyon Çalışmaları

A - Lazerle oluşturulan plazma ortamlarının modellenmesi

B - Spektrometre tasarımları

C - İnce filmlerin optik özelliklerinin belirlenmesi

http://latarum.kocaeli.edu.tr/calisma.php?LazerTeknolojileri=LazerleMalzemeIsleme

http://latarum.kocaeli.edu.tr/calisma.php?LazerTeknolojileri=LazerleMalzemeIsleme

http://latarum.kocaeli.edu.tr/calisma.php?LazerTeknolojileri=ModellemeSimulasyon

http://latarum.kocaeli.edu.tr/calisma.php?LazerTeknolojileri=ModellemeSimulasyon


Türkiye’deki kullanıcı listesi



mailto:[email protected]


























































































































































































































































































































































































THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi Ömer Yavaş | Ankara Üniversitesi

Dünya’dan örnekler

THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi Ömer Yavaş | Ankara Üniversitesi

Merkez SEL Dalgaboyu (Å)

DESY TESLA X-FEL 0.85-64

SLAC LCLS 1.5-15

MIT X-Ray FEL 3-1000

FERMI ELETTRA 12-15

BESSY SASE-FEL 12-600

INFN Roma SPARX 13-135

Spring-8 SCSS 36

Daresbury 4GLS 124

ANL LEUTL 3850


The upcoming X-ray FELs SwissFEL in Switzerland, European XFEL in Hamburg, Germany and PAL-XFEL in Pohang, South Korea, all provide or will provide photon pulses of duration less than 100 fs and with a peak brilliance many orders of magnitude beyond that of conventional third-generation synchrotron light sources.



The proposed TAC SASE FEL is similar to the SwissFEL;

Switzerland's X-ray free-electron laser currently being built at the Paul Scherrer Institute.



http://www.psi.ch/swissfel/scientific-challenges




Sonuç-tartışma

Bir ülkenin ekonomik, sosyal ve politik alanda söz sahibi olabilmesi

teknolojisindeki gelişmelere, teknolojik gelişmeler ise temel bilim alanında

yapılan çalışmaların uygulanabilir olmasına bağlıdır.

Koherentliği, monokromatikliği, dalga boyu ayarlanabilirliği gibi üstünlükleri

nedeni ile serbest elektron lazerleri (SEL), temel ve uygulamalı

araştırmalarda son yıllarda oldukça önem kazanmıştır.

Günümüz bilim ve teknoloji alanında üç baskın eğilim vardır; ‘daha

küçük‘, ‘daha hızlı' ve 'daha karmaşık' yapıların incelenmesi.

Nano ölçekte, oldukça hızlı gerçekleşen olayların ve karmaşık

sistemlerin incelenebilmesi için THM SASE-SEL tesisinin varlığı

büyük önem arz etmektedir.


Sonuç-tartışma

THM SASE-SEL tesisi kendi teknolojisini üreten ve satan, rekabet

gücü ve refah seviyesi yüksek bir Türkiye için olmazsa olmazlar

arasında yer almaktadır.

• AR-GE, teknoloji ve inovasyona yönelik çalışmalar artacak

• Teknolojik gelişmeler ve teknoloji üretimi hızlanacak

• Araştırma kurumlarının potansiyelinin etkin bir biçimde kullanılmasının

gerekliliği ortaya çıkacak

• Yüksek lisans ve doktora öğrencilerinin desteklenmesi sağlanarak

nitelikli bilim insanları yetişecek

• Üniversitede yapılan akademik bilginin ticarileşmesi sağlanacak

• Uluslar arası ticarette rekabet gücü artacaktır.

THM SASE-SEL tesisi ile;

THM-YUUP Çalıştayı | 19-20 Mart | 2015 | HTE, Ankara Üniversitesi İlhan Tapan| Uludag University

TAC-PF

turksel tesisinin araştırma potansiyeli, kullanıcı profili ... · femto saniye atmalı...

Documents