Publication: RF properties of the 800 MHz RFQ prototype at KAHVELab
Abstract
Boğaziçi Üniversitesi Kandilli yerleşkesindeki Proton Testdemeti (PTAK projesi olarak biliniyor)'nin doğrusal hızlandırıcı sistemi, tarihi eserlerin elementel analizi için Proton Kaynaklı X-ışını Emisyonu (PIXE) analiz düzeneğinin oluşturulmasına odaklanmıştır. Antik eserlerin element analizine yönelik yerel yeteneklerin geliştirilmesi, Türkiye'deki geçmiş uygarlıkların tarihine, kültürüne ve teknolojilerine ışık tutacaktır. PTAK projesini PIXE analiz kurulumuna hazırlamak için bir mikrodalga iyon kaynağı ve düşük enerjili ışın transferi (LEBT) bölümü halihazırda inşa edilmiştir. PTAK-RFQ isimli, 800 MHz frekansında çalışan, dört kanatlı radyo frekansı dört kutuplu (RFQ) sistemin devreye alınması, PTAK projesi için önemli bir kilometre taşı olacak. Tasarlanan dört kanatlı PTAK-RFQ, protonları verimli bir şekilde 2 MeV'ye hızlandırmak için çok önemli bir hızlandırıcı bileşenidir ve bunu toplam uzunluğu 1 metreden kısa iki modül aracılığıyla gerçekleştirir. Proton hızlandırıcı sistemlerinde radyo frekansı (RF) bileşenlerini tasarlamak ve analiz etmek için simülasyon programlarının kullanılması ve düşük güçlü RF ölçümlerinin simülasyonlarla karşılaştırılması, hızlandırıcı fiziği ve mühendisliğinde yaygın ve değerli uygulamalardır. RF bileşenlerinin davranışını modellemek ve analiz etmek için elektromanyetik simülasyon araçları kullanılır. Tamamlanmış bir RF bileşenini hızlandırıcı sisteme entegre etmeden önce düşük güçlü RF ölçümleri gerçekleştirilir. Bazı durumlarda istenen performansı elde etmek için RF bileşeninin ayarlanması gerekli olabilir. Tezin ilk bölümünde PTAK projesi için tasarlanan pasif radyo frekansı bileşenlerinin geliştirilmesi ve analizine odaklanılmıştır. İkinci bölüm, PTAK-RFQ modül 0 olarak adlandırılan PTAK-RFQ'nun ilk modülünün prototipinin kapsamlı testlerine ve düşük güçlü RF ölçümlerine ayrılmıştır. Yerel bir üretici tarafından sıradan bakır malzemeden üretilen bu modül, mekanik bütünlük, vakum direnci, elektromanyetik alan dağılımı ve operasyonel frekans ayarının sağlanması amacıyla sıkı testlere tabi tutuldu. CERN için geliştirilen alan ayarlama algoritması, istenen alan dağılımını elde etmek için PTAK-RFQ modülü 0'a uyarlandı ve ardından frekansın manuel olarak ayarlanması sağlandı. Tezin son bölümünde Helsinki Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda PIXE deneylerine katılımdan elde edilen deneyimlerin PTAK projesinin PIXE kurulumuna rehberlik edeceği tartışılmıştır.
The linear accelerator system of the Proton Testbeam at the Kandilli campus (known as the PTAK project) in Boğaziçi University is focused on constructing a Proton-Induced X-ray Emission (PIXE) analysis setup for elemental analysis of historical artifacts. Developing local capabilities for elemental analysis of ancient artifacts would provide insights into the history, culture, and technologies of past civilizations in Türkiye. To prepare the PTAK project for a PIXE analysis setup, a microwave ion source and low-energy beam transfer (LEBT) section have already been built. The commission of a four-vane radio-frequency quadrupole (RFQ) named PTAK-RFQ, operating at 800 MHz, will be a significant milestone for the PTAK project. The designed four-vane PTAK-RFQ is a crucial accelerator component for efficiently accelerating protons to 2 MeV, accomplishing this through two modules with a total length of less than 1 meter. The use of simulation programs for designing and analyzing radio frequency (RF) components in proton accelerator systems, along with the comparison of low-power RF measurements with simulations, are common and valuable practices in accelerator physics and engineering. Electromagnetic simulation tools are employed to model and analyze the behavior of RF components. Before integrating a completed RF component into the accelerator system, low-power RF measurements are performed. In some cases, the tuning of the RF component may be necessary to achieve the desired performance. In the first part of the thesis, the primary focus is on the development and analysis of passive radio frequency components designed for the PTAK project. The second part is dedicated to comprehensive tests and low-power RF measurements of the prototype of the first module of the PTAK-RFQ, referred to as PTAK-RFQ module 0. It manufactured from ordinary copper material by a local manufacturer, underwent rigorous tests to ensure mechanical integrity, vacuum resilience, electromagnetic field distribution, and operational frequency tuning. The field tuning algorithm developed for CERN was adapted for the PTAK-RFQ module 0 to achieve the desired field distribution, followed by manual tuning of the frequency. In the last part of the thesis, it is discussed that the experience gained from participating in PIXE experiments at the Helsinki Accelerator Laboratory will guide the PIXE setup of the PTAK project.
The linear accelerator system of the Proton Testbeam at the Kandilli campus (known as the PTAK project) in Boğaziçi University is focused on constructing a Proton-Induced X-ray Emission (PIXE) analysis setup for elemental analysis of historical artifacts. Developing local capabilities for elemental analysis of ancient artifacts would provide insights into the history, culture, and technologies of past civilizations in Türkiye. To prepare the PTAK project for a PIXE analysis setup, a microwave ion source and low-energy beam transfer (LEBT) section have already been built. The commission of a four-vane radio-frequency quadrupole (RFQ) named PTAK-RFQ, operating at 800 MHz, will be a significant milestone for the PTAK project. The designed four-vane PTAK-RFQ is a crucial accelerator component for efficiently accelerating protons to 2 MeV, accomplishing this through two modules with a total length of less than 1 meter. The use of simulation programs for designing and analyzing radio frequency (RF) components in proton accelerator systems, along with the comparison of low-power RF measurements with simulations, are common and valuable practices in accelerator physics and engineering. Electromagnetic simulation tools are employed to model and analyze the behavior of RF components. Before integrating a completed RF component into the accelerator system, low-power RF measurements are performed. In some cases, the tuning of the RF component may be necessary to achieve the desired performance. In the first part of the thesis, the primary focus is on the development and analysis of passive radio frequency components designed for the PTAK project. The second part is dedicated to comprehensive tests and low-power RF measurements of the prototype of the first module of the PTAK-RFQ, referred to as PTAK-RFQ module 0. It manufactured from ordinary copper material by a local manufacturer, underwent rigorous tests to ensure mechanical integrity, vacuum resilience, electromagnetic field distribution, and operational frequency tuning. The field tuning algorithm developed for CERN was adapted for the PTAK-RFQ module 0 to achieve the desired field distribution, followed by manual tuning of the frequency. In the last part of the thesis, it is discussed that the experience gained from participating in PIXE experiments at the Helsinki Accelerator Laboratory will guide the PIXE setup of the PTAK project.