İyon kaynağı proton hızlandırıcıları için belirlenen özelliklerde iyonları üretip hızlandırıcı yapısına aktaran yapıya verilen isimdir, bir deyişle proton hızlandırıcısının kalbidir. Öncelikle iyon kaynağının hızlandırıcının uygulama alanlarına göre tercih edilmesi, daha sonra iyon kaynağının doğru çalıştırılması gerekmektedir; aksi takdirde tesisin geri kalan kısımları ihtiyaç duyulan özellikte demete sahip olamaz ve hızlandırıcı kullanışsız hale gelir. Ülkemizde MW gücünde bir proton hızlandırıcısı kurulması için yol haritası hazırlamayı kendine amaç edinen Türk Hızlandırıcı Merkezi Proton Hızlandırıcı Tesisi Projesi kapsamında, ülkemizde bir proton hızlandırıcısı kurulması durumunda kullanılabilecek iyon kaynakları araştırılmıştır. Bu araştırmanın sonucunda doğrusal proton hızlandırıcıları için yüksek akımda H+ iyonu üretebilen mikrodalga deşarj iyon kaynaklarının tesisimizde kullanılabileceği belirlenmiştir. Bu kapsamda bu kaynak türü hakkında tecrübe edinmek için bir prototip iyon kaynağı tasarımı ve üretimine karar verilmiştir.
Bu tez çalışmasında 2,45 GHz frekansında mikrodalga deşarj iyon kaynağı tasarımı için simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Simülasyon çalışmalarından sonra parçalar üretilip montajı gerçekleştirilmiştir. İyon sökme sisteminde farklı plazma elektrot deliği yarıçapı bulunduran iki farklı plazma elektrot tasarımı kullanılmıştır. Plazma elektrot deliklerinden birisi 2 mm yarıçapa, diğeri 4 mm yarıçapa sahiptir. Bu çalışma sonucunda 2 mm plazma elektrotu deliği bulunan sistemde 8 kV iyon sökme voltajı altında 0,75 mA demet akımı ölçülmüş, diğerinde 7 kV iyon sökme voltajı altında 5,2 mA demet akımı ölçülmüştür. Demet akımı ölçüm işlemleri plazma odasından 18 cm uzakta Faraday kabı kullanarak gerçekleştirilmiştir. Atma tekrarlama frekansının 50 Hz olduğu belirlenmiştir.
Ion source is the name of the structure for proton accelerators which is used to produce and transfer ions to beamline with desired properties, in other words it is the heart of proton accelerator. Firstly, proper ion source determination must be done with respect to application areas of accelerator, later it has to be operated properly; otherwise the rest of accelerator structure does not get the beam with necessary properties and accelerator becomes useless. We conduct a research to determine suitable ion sources for future proton accelerators which will be built in our country. This research is done under the Turkish Accelerator Center Proton Accelerator Facility Project which has an aim to prepare a road map to establish MW power proton accelerator in our country. It is determined that microwave discharge ion source can be used for our facility which produces high H+ currents for proton linear accelerators. It is decided to design and to produce a prototype ion source to gain experience.
Simulation studies were performed to design 2.45 GHz microwave discharge ion source in this thesis study. Components were fabricated and assembled. Two different plasma electrode designs are used with different plasma electrode hole radius in the extraction system. One of the plasma electrode hole has 2 mm radius and the other has 4 mm radius. A beam current of 0.75 mA is measured under 8 kV extraction voltage by using 2 mm plasma electrode hole system and a beam current of 5.2 mA is measured under 7 kV extraction voltage by using 4 mm plasma electrode hole system. Beam current measurements were performed 18 cm away from the plasma chamber by using Faraday cup. Pulse repetition rate is determined to be 50 Hz.
