21.Yüzyılın10 jenerik teknolojisinden biri olan Parçacık Hızlandırıcıları,temel parçacık fiziğinden moleküler biyolojiye, nükleer fiziktentıpa, izotop üretiminden gıda sterilizasyonuna, enerji üretimindenanjiyografiye, malzeme biliminden savunma sanayiye, polimerkimyasından arkeolojiye kadar bilim ve teknolojinin yüzlercealanındakullanılmaktadır. Temel parçacık fiziği araştırmalarıbakımından hızlandırıcılar iki ana sınıfa ayrılıyor:


TeVskalasının incelenmesine yönelik hızlandırıcılar ve parçacıkfabrikaları. Birinci sınıfa ait hızlandırıcılar listesinehadron çarpıştırıcıları (Tevatron, LHC, VLHC), lineerelektron-pozitronçarpıştırıcıları (TESLA, JLC, CLIC), muon çarpıştırıcılarıve linak-halka tipli elektron-hadron çarpıştırıcılarıdahildir. İkinci sınıf ise daha düşük enerjili B (KEK-B,PEP-B), c-? ve ? (DA?NE, TAC) fabrikalarını içeriyor.


Uygulamalıaraştırmalar bakımından da parçacık hızlandırıcılar iki anasınıfa ayrılabilir. Birinci sınıf Sinkrotron IşınımıKaynaklarını ve Serbest Elektron Lazerlerini içeriyor. İkincisınıfa ise proton ve iyon hızlandırıcıları ile birlikte,hızlandırılmış protonların durgun hedef ile çarpıştırılmasısonucu oluşan ikincil demetler dahildir.
Bugün dünyadauygulamalı araştırmalara, teknolojik ve tıbbi uygulamalarayönelik 15000 den fazla hızlandırıcı çalışmaktadır.

Sonyıllarda geliştirilen hızlandırıcıya dayalı yeni tip nükleerreaktörler hem güvenlik (Çernobıl türü kazalar prensip olarakimkansızdır), hem de çok düşük radyasyon kirlilik (birim enerjiüretiminde çevreye aktarılan radyasyon kömür santrallerininaltındadır) bakımından büyük öneme sahiptir. Ülkemizaçısından en önemli özellik ise nükleer yakıt olarak Toryumunkullanılabilirliğidir.


1. GİRİŞ
Yüksek Enerji Fiziği(YEF) 21. yüzyılın ~15 öncelikli AR-GE alan listesinin önsıralarında yer almaktadır. Parçacık Hızlandırıcıları ise21. yüzyılın ~10 jenerik teknolojisinden biridir.

Maalesef,ülkemiz bu alanlarda gerek yetişmiş insan gücü, gerekse bu alanaayrılan kaynaklar açısından gelişmiş ve gelişmekte olanülkelerin çok gerisinde kalmıştır. Avrupa Birliği ortalamasıgöz önünde tutularak, 65 milyon nüfuslu Türkiye'de, YEF'inana alanlarında olması gereken ve mevcut doktoralı elemansayıları Tablo 1de verilmiştir. YEF ve Parçacık Hızlandırıcılarıalanına ayrılması gereken kaynak miktarına gelince, gelişmişülkelerde oluşmuş standartlara göre toplam AR-GE harcamalarının:%7-20'si Temel Araştırmalara (bunun da %10'u YEF alanına),%20-40'ıUygulamalı Araştırmalara (bunun da %10'u parçacıkhızlandırıcılarına dayalı uygulama ve teknolojilere)ayrılmalıdır. 1993 yılında OECD tarafından yayınlanan"Türkiye'de Bilim ..." raporuna göre, ülkemizde yıllıkAR-GE harcamaları 1.5 Milyar $ idi. Yukarıdaki oranlar dikkatealınırsa Türkiye 1993 yılında Yüksek Enerji Fiziğine ~15Milyon $, Parçacık Hızlandırıcılarına ~30 Milyon $ harcamalıidi. Gerçekte ise bu alanlara harcanmış miktar ~150 bin $olmuştur. Bu
oranlar ve rakamlar göstermektedir ki ülkemiz bustratejik alanlarda oluşan açığı kapatmak için daha fazlagecikmeden gereken adımları atmak zorundadır. Atılması gerekenadımlarla ilgili görüşlerimiz bu konuda ülkemiz için ilkfizibilite çalışması olan "Parçacık Hızlandırıcıları:Türkiye'de Neler Yapılmalı" isimli Devlet Planlama Teşkilatıprojesinin "Öneriler" kısmında verilmiştir [1]. Projeçerçevesinde önerdiğimiz Ulusal Hızlandırıcı Kompleksinin(Turkic Accelerator Complex [2]) ana kısımları ve bu kompleksteyürütülebilecek temel ve uygulamalı araştırmalar, ProjeSonuç

I. ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve UYGULAMALARIKONGRESi

Kamuoyunda parçacık hızlandırıcıları daha çokCERN , FNAL, SLAC , DESYve KEK gibi öncelikle temel araştırmalarayönelik olarak kurulmuş dev komplekslerle bağlanmaktadır. Oysahızlandırıcıların büyük kısmı sınai, uygulamalıaraştırmalar ve tıpta kullanmaktadır. Gerçek durum Profesör UgoAmaldi'nin EPAC2000'de (iki yılda bir yapılan ve binlercekatılımcısı olan Avrupa Parçacık HızlandırıcılarıKonferansları serisi) sunduğu açılış konuşmasından [9]aldığımız Nükleer ve parçacık fiziğinde temel araştırmalardışında parçacık hızlandırıcılarından alınan birincil veikincil demetlerin kullanımı iki ana hatta ayrılabilir:

1.Fiziksel, kimyasal ve biyolojik örneklerin parçacık demetlerinikullanarak incelenmesi. Örnek olarak µSR gösterilebilir.

2.Maddenin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerininmodifikasyonu. Örnek olarak iyon implantasyonu gösterilebilir. Birsonraki bölümde nükleer ve parçacık fiziğinde kullanılanhızlandırıcılar incelenecek ve önümüzdeki yıllarda kurulmasıplanlanan çarpıştırıcılar tartışılacaktır. Üçüncübölüm parçacık hızlandırıcıların diğer ana kullanımalanlarına ayrılmıştır. Bir sonraki bölümde Türk HızlandırıcıKompleksi tartışılmaktadır. Beşinci bölüm hızlandırıcılarınenerji üretiminde kullanım imkanları ile ilgili son gelişmelereayrılmıştır. Son olarak altıncı bölümde hızlandırıcıteknolojileri
alanında Ulusal Program ile ilgili bazı önerilersıralanmıştır.

2. TEMEL ARAŞTIRMALAR (PARÇACIK FİZİĞİVE NÜKLEER FİZİK)
İlk parçacık hızlandırıcılarının1930'larda kurulmasına rağmen 1950'lere dek temel parçacıklarlailgili önemli buluşlar kozmik ışın deneylerinde elde edilmiştir(örneğin, muonun ve acayip parçacıkların bulunması). Bunun ananedeni o zamanki hızlandırıcılarda ulaşılabilen enerjilerindüşük olması idi. Bu enerjilerin yükselmesi ile (her on yıldayaklaşık on kat artış) ve özellikle çarpıştırıcılarınkurulması sonucunda hızlandırıcılar maddenin yapıtaşlarını,onların özelliklerini ve etkileşmelerini inceleyen en önemliaygıtlar durumuna geldi. Bugüne dek hızlandırıcılar vasıtasıile elde edilen bulgulardan bazıları: BNL'de elektron ve muonnötrinolarının farklı parçacık olduğunun ispatlanması,SLAC'da hadronların
kuark-parton yapısının bulunması,çeşitli hızlandırıcı merkezlerinde ?-leptonun, c ve bkuarklarının bulunması, CERN Spp(bar)S'de zayıf etkileşmelerintaşıyıcısı olan W ve Z bozonlarının keşfi, DESY PETRA'dakuvvetli etkileşmelerin taşıyıcısı gluonların doğada mevcutolduğunun ispatlanması, ve son olarak FNAL Tevatron'da t kuarkınkeşfi (ki bunun kütlesi Lutetium çekirdeğinin kütlesimertebesindedir, yani 175 protonun toplam kütlesinden dahabüyüktür!).

2.1. Enerji Ön Cephesi (Energy Frontiers)Bugüne dek yapılmış olan yüzlerce deney Standart
Modelin ( SM= kuantum renk dinamiği + elektrozayıf teori) 100 GeV skalasınadek geçerli olduğunu ispatlamıştır. Öte yandan SM düzeyindetemel parçacık sayısının çokluğu (6 lepton, 3×6 kuark, foton,W-bozon, Z-bozon, 8 gluon ve Higgs bozonu), çok sayıda serbestparametrenin mevcutluğu (kütleler ve karışımlar) ve diğernedenlerden dolayı Standart Modelin son aşama olmadığı, enazından bir yeni yapı düzeyi (preonlar?) olması gerektiğinigöstermektedir. Bu yeni düzeye ulaşabilmemiz için bugün eldeettiğimiz enerjilerin üzerine çıkmak zorundayız. Alt-süreçdüzeyinde TeV skalasına ulaşmanın dört yolu mümkündür: i)Hadron çarpıştırıcıları ii) Lineer elektron-pozitronçarpıştırıcılar iii) Muon çarpıştırıcıları iv)Linac-halka tipli lepton-hadron çarpıştırıcıları.

Hadronçarpıştırıcıları. Bugün ulaşılan en yüksek enerji FNAL(ABD) da çalıştırılan Tevatron'da elde edilmiştir. Burada TeVenerjili protonlarla antiprotonlar çarpıştırılmaktadır: kütlemerkezi enerjisi ?s = 2 TeV ve ışınlık L = 1031 cm-2s-1 dir.Önümüzdeki senelerde ışınlık değerinin birmertebe artırılması söz konusudur. Protonların kuark vegluonlardan oluştuğunu göz önünde tutarsak alt süreçlerdeulaşılan etkin enerji 300-400 GeV mertebesindedir. CERN'dekurulmakta olan LHC'de zıt yönde hızlandırılan iki protondemeti çarpıştırılacak: ?s = 14 TeV ve L = 1034 cm-2s-1 dir.2005 yılında çalıştırılması planlanan LHC'de çeşitliçekirdek demetlerinin de çarpıştırılması planlanmaktadır.LHC'nin öncelikli amaçları arasında temel parçacıklarınkütlesinden sorumlu Higgs parçacığının ve maddenin yeni durumuolan kuark-gluon plazmasının bulunması sayılabilir. Aynı zamandaLHC enerjilerinde çok sayıda yeni parçacık ve etkileşmenin keşifedilmesi de söz konusudur. Burada yapılacak dört büyük deneyinikisinde (ATLAS ve CMS) Türk gruplarının da iştirak etmesisevindiricidir. Daha yüksek enerjilere gelince, YEF camiasındakütle merkezi enerjisi 100 TeV mertebesinde olacak VLHC projesitartışılmaktadır.

Lineer elektron-pozitron çarpıştırıcıları.Lepton çarpışmalarında en yüksek enerji (?s = 0.2 TeV) CERNLEP'de elde edilmiştir. Aynı tünelde (uzunluğu 28 km) LHCçarpıştırıcısının kurulması nedeni ile LEP çarpıştırıcısı2000 yılında de monte edilmiştir. Halka tipli elektronhızlandırıcılarında sinkrotron ışınımı nedeniyle oluşanbüyük enerji kaybından dolayı yeni elektron-pozitronçarpıştırıcıları lineer şekilde tasarlanmaktadır. Buprojeler arasında en gelişmişi 2010 yılında DESY'de kurulmasıplanlanan TESLA'dır: ?s = 0.5 TeV ve L = 1034 cm-2s-1. Dahasonraki aşamada hem enerji hem de ışınlığın artırılmasıdüşünülmektedir. Lineer lepton çarpıştırıcıların diğerönemli özelliği de onların bazında fotonlepton ve foton-fotonkurulması imkanıdır.

Sevindiricidir ki, TESLA'nın fotonçarpıştırıcısı opsiyonun ile ilgili çalışmalarda Türkbilim adamları da iştirak ediyor. Daha yüksek enerjilere gelince,CERN'de CLIC (?s = 3 TeV ve L = 1035 cm-2s-1) çarpıştırıcısıincelenmektedir ve bunun fizik araştırma programi ile ilgiliçalışmalara Türk bilim adamları da katılmaktadır.

Muonçarpıştırıcıları.
Muonun yasama müddetinin nispeten uzunolması (2.2×10-6 s) ve Lorentz uzama faktörü (1 TeV'lik muonlariçin yaklaşık 104) muon demetinin hızlandırılıp zıt yöndehızlandırılmış muon veya antimuon demeti ile çarpıştırılmasıimkanını sağlayabilir. Konu ile ilgili çok sayıda teknik problemçözülür ise (ki
bunların bazıları, örneğin yeterli sayıdamuon üretimi ve muon demetinin soğutulması, yeni teknolojikgelişme gerektiriyor) önümüzdeki yıllarda muonçarpıştırıcılarının kurulması ciddi şekilde gündemegelebilir. Bugün gelinen noktada konu ile ilgili üç aşamadüşünülmektedir: nötrino fabrikası (burada en zayıf nokta olansoğutma o kadar da kritik değil), 100-200 GeV'lik Higgs fabrikasıve 3 TeV'lik

HEMC (Yüksek Enerjili Muon Çarpıştırıcısı).Zamanlamaya gelince, ilk aşama bele 2010 yılından öncedüşünülmüyor. Linac-halka tipli lepton-hadron çarpıştırıcıları.Lepton-hadron çarpışmalarında ulaşılan en yüksek enerji (?s =0.3 TeV) DESY HERA'da elde edilmiştir. Bugün bu çarpışmalardaTeV skalasına ulaşmanın en etkin yolu olarak lineerhızlandırıcılardan alınan elektronlarla halkatipli
hızlandırıcılardaki hadronların çarpıştırılmasıgözüküyor (LEP'in de monte edilmesi ile LEP*LHC gündemdendüşmüştür).
Türk bilim adamları linak-halka tipliçarpıştırıcılar konusunda yapılan araştırmalarda önsafhalarda yer almaktadır. Bunun bir göstergesi de bizim THERAprojesinde
yer almamız ır [10]. 2010 yılında kurulmasıdüşünülen THERA çarpıştırıcısı ep opsiyonu (?s = 1 TeV veL = 1031 cm-2s-1) ile birlikte, ?p, eA ve ?A opsiyonlarını daiçermektedir. Bir sonraki aşama
olarak CERN LHC'ye teğetolarak lineer elektron hızlandırıcısının kurulmasıdüşünülebilir. Bu
konuda CERN hızlandırıcı fizikçileriile ortak çalışmalarımız gündemdedir. Linac*LHC çarpıştırıcısıda ep opsiyonu (?s = 5 TeV ve L = 1033 cm-2s-1) ile birlikte ?p, eAve ?A opsiyonlarını da içermektedir.

2.2. ParçacıkFabrikaları (Particle Factories)
Temel parçacıkların veetlileşmelerin bazı özelliklerin incelenmesi nispeten düşükenerjili ama aynı zamanda yüksek ışınlığa sahip (incelenenolay sayısında yüksek istatistiklere ulaşmak için) tasarımlarıngerçekleştirilmesini gerektiriyor. Bu tasarımlara genelde parçacıkfabrikaları deniyor ve
bunları üç sınıfa ayırmak olur:

i)halka-halka tipli lepton çarpıştırıcıları
ii) linak-halkatipli lepton çarpıştırıcıları
iii) proton demetinin durgunhedefle çarpıştırılması

Halka-halka tipliçarpıştırıcılar. Bugün dünyada biri SLAC'ta diğeri KEK'deolmak üzere iki asimetrik (elektron ve pozitron enerjileri farklıolan) B fabrikası çalışmaktadır. Ana parametreleri ?s = 10 GeVve L = 1034 cm-2s-1 olan B fabrikalarının amacı B-mezonlarınbozunumunda CP simetrisinin kırılmasını incelemektir. Üçüncüparçacık fabrikası Fraskati (İtalya) da kurulmuş DA?NE'dir: ?s= 1 GeV ve L = 5×1032 cm-2s-1.

Halen tasarlanmış ışınlıkdeğerine ulaşamayan DA?NE'de çok sayıda acayip parçacıküretilmektedir. Dünyanın çeşitli YEF merkezlerinde bir sırayeni fabrikanın kurulması gündemdedir. Linak-halka tipli leptonçarpıştırıcıları. Bu konuda ilk örnek olan, SLAC ve CERN'degeliştirilen linak-halka tipli B fabrikası projesi bir öncekiparagrafta belirttiğimiz halka-halka tipli B fabrikalarınçalıştırılması ile güncelliğini kaybetmiş durumdadır. Dahadüşük enerjili c-? fabrikası [12] güncelliğini korurken,grubumuz araştırmalarını TAC projesinin [1-3] ilk aşamasıolarak daha da düşük enerjiye sahip ? fabrikasınayöneltti.
Proton demetinin durgun hedefle çarpıştırılmasıBurada öncelikle DESY'de çalışmakta olan HERAB
ve CERN'deyapılması planlanan LHC-B belirtilmelidir. Daha hafif parçacıklarınüretimine örnek olarak Kanada'da çalıştırılan TRIUMPHkompleksi gösterilebilir. Bu tür deneyler daha çok temelparçacıkların nadir bozunumlarını incelemeye yöneliktir. Sonyıllarda nötrino salınımlarını incelemek amacı ile yeni yoğunakılı proton hızlandırıcıları tasarlanmaktadır.

3.PARÇACIK HIZLANDIRICILARIN UYGULAMA ALANLARI
Bu bölümdehızlandırıcıların nükleer ve parçacık fiziği dışındakullanım alanlarının bazılarını sıralayacağız. Tablo 1'dende gördüğümüz gibi bugün dünyada çalışan 15000hızlandırıcının yarısı sanayide kullanılmaktadır. Bunlarınen yaygını mikro-elektronik alanında yarıiletken aletlerin yapımıiçin kullanılan iyon implantatorlardır. Bir diğer yaygınkullanım alanı da kimya sınaisinde polimerlerin modifikasyonudur.Burada yüzey modifikasyonu için kullanılan hızlandırıcılardanda bahis etmek gerekiyor ve s. Sayısal bakımdan ikinci sırada tıpalanında kullanılmakta olan hızlandırıcılar geliyor. Bunlarınen yaygını tümör tedavisinde kullanılan elektron linaklardır. İkinci ve üçüncüsırayı izotop üretimi için kurulmuş siklotronlar ve tümörtedavisinde kullanılan proton hızlandırıcıları tutuyor.Sonuncularla ilgili önümüzdeki yıllarda beklenen çok önemli birgelişme olarak tümör tedavisinde
kullanılacak hafif çekirdekhızlandırıcılarını belirtmemiz gerekiyor.

Malzemebilimi, kimya, biyoloji, ... alanlarında temel ve uygulamalıaraştırmalara yönelik hızlandırıcıları iki sınıfaayırabiliriz: - sinkrotron ışınımı kaynakları ve serbestelektron lazerleri - hadron (proton ve çekirdek) hızlandırıcılarıve bunlardan alınan ikincil demetler (nötron, mezon, muon ves.)
Birinci sınıfla ilgili en önemli gelişme SASE SEL ileilgilidir. DESY'de kurulan TTF SEL önümüzdeki sene dünya bilimcamiasının hizmetine sunulacaktır. Burada elde edilen pikparlaklık diğer yöntemlerle elde edilenin çok üzerindedir. Hembançların hem de onların arasındaki mesafenin çok
kısaolması (sırasıyla, 100 fs ve 10 ns) fiziksel, kimyasal vebiyolojik süreçlerin dinamiğini incelemeye imkan sağlayacaktır.İkinci sınıfla ilgili KEK'de kurulmakta olan JHF (Japan HadronFacility) hızlandırıcısını ve Avrupa'da kurulması planlananESS (European Spallation Source) ve AUSTRON projelerinibelirtebiliriz.

4. TAC: TÜRK HIZLANDIRICI KOMPLEKSİ
Girişkısmında belirttiğimiz gibi Türkiye ve Türk Dünyası parçacıkhızlandırıcıları alanında çok geri kalmıştır ve gelişmişülkelerle oluşan açığı kapatmak için acil adımlar atmakzorundayız. Mevcut durumun nedenlerini belirlemek ne kadar önemliolsa da, atılması gereken adımları belirlemek bundan çok dahaönemlidir. Elbette, TAEK'in projeleri (alınmış elektronhızlandırıcısı ve ihale aşamasında olan siklotron) acil olarakgerçekleştirilmelidir. Ama Japonya ve Güney Kore gibi ülkelerindeneyimi göz önüne alınırsa bu hiç de yeterli değil. Mutlakaparçacık hızlandırıcıları alanında Ulusal Programhazırlanmalıdır ve Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarı buprogramın olmazsa olmaz kısmını oluşturuyor. Türk HızlandırıcıKompleksi [1-3] önerisini hazırlarken birkaç kriteri göz önündetutuyorduk:

- imkan dahilinde hızlandırıcı teknolojisininen önemli kısımlarını kapsanmalıdır
- hem uygulamalı hemde temel araştırmalar yapma imkanı sağlanmalıdır
-kompleksin kurulmasının maliyeti yeterince düşük olmalıdır
-araştırma potansiyeli bilim camiasının dikkatini çekecek düzeydeolmalıdır.

Fizibilite çalışmasını 2000 yılındatamamladığımız TAC kompleksi iki ana kısımdan oluşacaktır:linakhalka tipli elektron-pozitron çarpıştırıcısı ve ortaenerjili proton hızlandırıcısı.

Birinci kısımda hemtemel hem de uygulamalı araştırmaların yapılmasıöngörülmektedir. Temel araştırmalar halkada hızlandırılmışpozitronlarla linakta hızlandırılmış elektronlarınçarpıştırılacağı bölgede yerleştirilen detektör vasıtasıile yapılacaktır. Kütle merkezi enerjisi ?-mezonun kütlesine eşitolarak ayarlanmış ve ulaşılabilecek ışınlık değerinin1034cm-2s-1 in üzerinde olduğu gösterilmiştir. Böylece buradaelde edilecek K mezon istatistiği DA?NE'nin iki mertebe üzerindeolacaktır, diğer sözle sonuncunun 10 yılda elde ettiği sonuçlarıTAC ? fabrikası bir haftada elde edecektir. CP-kırınımının veacayip parçacıkların nadir bozunumlarının incelenmesikonularında TAC ?-fabrikasının sunacağı imkanlar şimdiden YEFcamiasının dikkatini çekmeye başlamıştır. Uygulamalıaraştırmaların pozitron halkası bazında kurulacak sinkrotronışınımı kaynakları ve elektron linakı bazında kurulacakserbest elektron lazeri kullanılarak yapılacağı düşünülmektedir.Elde edilecek parametreler moleküler biyoloji, kimya ve malzemebilimi alanlarında önemli
araştırmaların yapılabileceğinigöstermektedir.

İkinci kısımda hem doğrusal (linac) hemde halka tipli (sinkrotron) proton hızlandırıcılarınınkurulması öngörülüyor. Bu kısmın araştırma potansiyeliJHF'nin 3 GeV'lik kısmı ile kıyaslanabilir durumdadır.İkincil demetlerle ilgili ilk aşamada nötron ve muon bölgelerininkurulması planlanmaktadır.

Kompleksin maliyetine gelince,birinci kısmın 150 milyon ikinci kısmın 100 milyon dolara malolacağı tahmin edilebilir. Kompleksin kurulmasının tahminen 10yıl süreceği göz önünde tutulur ise, TAC'ınkurulma aşamasında yıllık 25 milyon dolar kaynak gerekecektir (burakam giriş bölümünde Türkiye'nin 1993 yılı AR-GEharcamaları baz alınarak hızlandırıcı konularına harcanmasıgereken miktarın bile altındadır). Kurulma aşamasından önce 2-3yıllık genel tasarım çalışması (maliyeti 2-3 milyon dolar) ve2-3 yıllık teknik tasarım çalışması (maliyeti 5-6 milyondolar) yapılmalıdır. Böylece, eğer TAC projesi devletimiztarafından kabul edilirse, 2015 yılında Türk Dünyası ileridüzey orta çaplı bir hızlandırıcı kompleksine sahip olacaktır.TAC ile ilgili çalışmalar dünyanın önde gelen hızlandırıcılaboratuarlarında çalışan bilim adamları ile sıkı birişbirliği gerektiriyor. Bugün grubumuz DESY hızlandırıcıfizikçileri ile çeşitli konularda ortak çalışmalaryürütmektedir ve CERN hızlandırıcı fizikçileri ile (öncelikleLinac*LNC konusunda) ortak çalışmalara başlama aşamasındadır.Ciddi devlet desteği sağlanırsa, KEK, SLAC, FNAL, BESSY gibilaboratuarlarla da temas kurulabilir.

5. PARÇACIKHIZLANDIRICILARI, TORYUM VE TÜRKİYE'NİN ENERJİ PROBLEMİ
Bubölümde hızlandırıcıların enerji üretiminde kullanımı ileilgili son gelişmeler incelenecektir. Önceden belirtmeliyim ki tümopsiyonlardaToryum anahtar rol oynayacaktır. 5.1. Energy Amplifier ?Toryum Nobel ödülü sahibi Prof. Dr. C. Rubbia'nın önderliğindebir grup fizikçi 1993 yılından itibaren
CERN'de yeni tipNükleer Reaktör ile ilgili "Energy Amplifier" isimli bir projegeliştirmektedir [13]. Yoğun akımlı proton hızlandırıcısınadayalı olan bu yeni nükleer teknolojinin iki çok önemli avantajıvar: Toryum gibi maddelerin nükleer yakıt olarak kullanılması vezararlı atıkların çok az olması.

Projenin fizibiliteçalışması 1998 yılında sonuçlanmış ve yeni tip reaktörünprototipinin kurulması için uluslararası işbirliğininoluşturulması aşamasına gelinmiştir. Örneğin, LEP hızlandırmaüniteleri kullanılarak 1.5 GW gücüne sahip bir reaktörünkurulabileceği gösterilmiştir. Bu reaktörde yakıt olarak beşyıllık bir süre için 30 ton %90 ThO 2 ile %10 U 233 O 2karışımının kullanılması öngörülüyor. Deneme reaktörünün2005 yılına dek kurulması planlanmaktadır.

Ülkemizdezengin Toryum yataklarının bulunduğunu göz önünde tutarakTürkiye'nin bu çalışmalara katılmasının 21. yüzyıldaenerji problemimizin çözülmesi yönünde önemli bir yatırımolacağını düşünmekteyiz. Projenin içeriği üç ana hattanoluşuyor: yoğun akımlı proton hızlandırıcısı, reaktöryapısı ve nükleer yakıt.
i) Hızlandırıcı. Projeninhızlandırıcı kısmı üç parçadan oluşuyor: proton kaynağı,hızlandırma ve hedef. Bugün 100 mA (1018 p/s) civarında akımıolan proton kaynakları yapılabilir. Protonlar iki veya üç aşamadahızlandırılıyor. Ana hızlandırıcı olarak Linak veya Siklotronkullanılabilir. Gereken
akı 30 mA, enerji 1 GeV civarındadır.Hızlı nötronların oluşumu hızlandırılmış protonların ağırnükleer hedef ile (örneğin Kurşun) çarpışması sonucu eldeedilir.
ii) Reaktör. Yeni tip nükleer reaktörün yapısıalışılmıştan çok farklı olacaktır. Hızlandırılmış protondemeti yaklaşık 30 m derinlikte yerleşen hedefle çarpıştırılarakhızlı nötronlar oluşturulacaktır. Bu nötronlar ise hedefinetrafına yerleştirilmiş Toryum yakıtı ile etkileşme sonucuenerji üretecektir. Böylece zincirleme reaksiyonu kullanangünümüzdeki reaktörlerden farklı olarak Çernobil türü kazalarprensip olarak imkansızdır: proton hızlandırıcısınındurdurulmasından çok küçük bir süre sonra nükleer çevrimsüreci bitmiş olacak.

iii) Yakıt. Halen dünyamızda sadeceToryum için işletilen bir yatak yoktur. Yıllık 700 ton ThO 2civarında olan dünya üretiminin tamamı monazit mineralinden yanürün olarak elde edilmektedir. Ülkemizde ToryumunEskişehir-Sivrihisar- Kızılcaören yöresindeki nadir toprakelementleri ve
Toryum kompleks cevher yatağında bulunduğubilinmektedir. Bu yatakta 380 bin ton görünür ThO 2 rezervibelirlenmiş olup, tenör %0.21 ThO 2 dir. MTA Genel Müdürlüğününbaşlangıç çalışmalarına dayanan bu rakamların daha detaylıaraştırmalarla iki katına çıkarılabileceği detahmin
edilmektedir.

Konuyla ilgili son duruma gelince:Japonya lider olarak gözüküyor [8], onu ABD izliyor ve ardıncaAvrupa geliyor. Böylece, 2005 yılında üç prototip reaktörünkurulması ve 2010 yılından itibaren seri
üretime geçilmesiöngörülebilir. Gelişmiş ülkelerin öncelikli amacı birikmişnükleer atıkların ve Plutonyumun yakılmasıdır ve araştırmalarbu konuda yoğunlaşmıştır. Ayni teknoloji belli bir modifikasyonile Toryumu nükleer yakıt olarak kullanma imkanı sağlayacaktır.Bu konuda araştırma yapmak dünyadaki Toryum rezervinin yaklaşıkdörtte birini barındıran ülkemizde çalışan fizikçileriningörevidir.

5.2. Muon Katalizorlü Füzyon ? Toryum Muonunkütlesi elektron kütlesinin yaklaşık 200 katı olduğu için µdtmolekülünde döteryum ve trityum çekirdekleri arasındaki mesafeelektronlu moleküle nazaran 200 kat daha küçük olacak. Bununsonucunda oda sıcaklıklarında bile döteryum-trityum füzyonu eldeedilebilir [14]. Bir muonun katalize ettiği füzyon reaksiyonusayısı muonun yaşam sureci (~2µs) ile sınırlıdır ve deneyselolarak ~150 civarındadır. Bir d+t füzyonunda oluşan enerji 17.6MeV olduğundan, bir muonun katalize ettiği reaksiyonlarda ortayaçıkan toplam enerji 2640 MeV'dir. İlk bakışta bu çok iyi birsonuç gibi gözükse de, muon üretimi için gereken enerji gözönüne alındığında durum değişiyor. Bilindiği gibi muonlar?-mezonların bozunumundan elde ediliyor. Muon katalizörlü
füzyondanegatif muonlar gerektiği için negatif ?- mezon demetioluşturulmalıdır, bunun da en etkin
yolu GeV enerjisine dekhızlandırılmış döteryum demetinin durgun çekirdeklerdensaçılma süreçleridir.
Böylece muon elde etmek için sarfeilen enerji muon katalizörlü füzyondan elde ettiğimiz enerji ilekıyaslanabilir düzeydedir. Problem hibrid (füzyon-fizyon)reaktörler vasıtasıyla çözülebilir. Bu tür reaktörler ilkolarak manyetik füzyonu kullanılabilir hale getirmek içinönerilmişti (bu konuda son durum için bak [15]).

Döteryum-Trityumfüzyonunda ortaya çıkan 14.1 MeV enerjili nötronlar 232Th ve 238Ugibi çekirdekleri parçalayabiliyor ve bu fizyon süreçlerisonucunda çok sayıda ikincil nötronlar oluşuyor.
Böylecehibrid reaktörler füzyon kısmında oluşan enerjinin 20-30 katınıüretmeye imkan sağlayabilir.
Ülkemiz açısından önemli olanhibrid reaktör tipinin Muon Katalizörlü Füzyon ? Toryum YakıtlıFizyon
olduğunu düşünüyorum. Muon katalizörlü füzyon ileilgili son buluşlar bu konuda önümüzdeki yıllarda epeycecanlanma olacağının bir göstergesidir.

5.3. HızlandırılmışDöteron Demeti ile Füzyon ? Toryum Füzyon süreçlerini engelleyenen önemli faktör iki pozitif yüklü çekirdek arasında mevcutolan Coulomb itme kuvvetini aşma gereksinimidir. Bu
problemManyetik Füzyon reaktörlerinde çok yüksek sıcaklıklaraulaşılarak çözülmeye çalışılıyor, Muon Katalizörlü Füzyonyönteminde ise muonun ağır olması kullanılıyor. Bir başkaçözüm olarak Döteron demetini ~MeV enerjisine dek hızlandırılarakTrityum hedefi ile çarpıştırılması düşünülebilir. Bu konudaçalışmalar AÜ-GÜ hızlandırıcı grubunda başlatılmıştır.İlk bulgular bu yöntemin de etkin olabilmesi için Toryumu fizyonyakıtı olarak kullanan hibrid reaktörün tasarlanması gerektiğinigöstermektedir.

Son teknolojik gelişmeler 2010'luyıllardan itibaren hızlandırıcılara dayalı yeni nesil nükleerreaktörlerin geniş çapta kullanılacağını göstermektedir.Ülkemizde bulunan Toryum rezervi enerji üretimi bakımındantrilyonlarca ton petrol rezervine eşdeğerdir. Bu nedenle Türkbilim adamlarının Japonya, ABD ve Avrupa'da konu ile ilgiliaraştırmalara en kısa zamanda etkin bir şekilde katılmasıstratejik bir öneme sahiptir.

6. HIZLANDIRICI TEKNOLOJİLERİALANINDA ULUSAL PROGRAM
Bu alanda ülkemizde gerçekleştirilecekfaaliyetlerin kısa, orta ve uzun vadeli hedefleri de gözeterek birulusal program dahilinde gerçekleştirilmesi kaçınılmazdır.Örneğin, İspanya'nın 80'li yıllarda Avrupa Birliği'ne veCERN'e üyelik aşamsında uyguladığı ulusal YEF programı gibi.Böyle bir ulusal program, öncelikle bu alanda ihtiyaç duyulanbilgi birikimini sağlamaya, yetişmiş insan gücü açığınıkapatmaya, bu alandaki deneysel ve uygulamalı araştırmalarınülkemizde de yapılmasını sağlayacak Ulusal HızlandırıcıKompleksinin [1-3] kurulmasına, dünyadaki ileri hızlandırıcılaboratuarları ile işbirliğini kurmaya ve etkin yürütmeyeyönelik hedefleri içermelidir. Böyle bir programın uygulanmasınınzorunluluğu, sadece hızlandırıcılar alanında 2010 yılındaihtiyaç duyulacak ~300 doktoralı, ~600 Mastırlı elemanyetiştirilmesi gereği dikkate alındığında kendiliğindengörülmektedir.

Bu hedefe yönelik adımlardan biri olanHızlandırıcı Fiziği Ana Bilim dallarının Fizik Mühendisliğive altyapısı uygun Fizik Bölümlerinde oluşturulması ile ilgiliöneri tarafımızdan 1998 yılında hazırlanmıştır. Ulusalprogramda, önümüzdeki 15-20 yıllık süre içerisinde hayatageçirilecek tüm uygulamalar, bu
uygulamaların ihtiyaç duyacağımali yük ve bu yükün kaynağı detaylı bir şekilde yeralmalıdır.

7. SONUÇ
Gelişmiş ülkelerin deneyimigösteriyor ki hızlandırıcı teknolojilerinde elde edilenbaşarılar bilim ve teknolojinin bir çok alanını etkilemeklebirlikte sanayide de önemli atılımlara önayak olmaktadır.Cumhuriyetimizin 100. yılında muasır medeniyet seviyesinin üzerineçıkmak amacına gerçekten ulaşmak istiyorsak, hızlandırıcılarve diğer jenerik teknolojiler ile ilgili etkin ulusal programlarhazırlayıp hayata geçirmek zorundayız.

Benzer programlartemel araştırmaları kapsayan Yüksek Enerji Fiziği dahil çeşitliöncelikli AR-GE alanlarında da gerçekleştirilmelidir. Japonmodelinin başarısı göz önünde tutularak tüm bu alanlardakurulacak Ulusal Araştırama Enstitüleri ve Laboratuarların Ankarayakınlarında kurulacak bir Bilim Şehrinde yerleştirilmesiyatırımların en etkin şekilde kullanılmasına yol açacaktır.

Gereken, 1995 Mevcut, 1995 Gereken, 2010
Fenomenoloji+TeorikYEF ~250 ~50 ~300
Deneysel YEF+Dedektör Fiziği ~450 ~30~600
Hızlandırıcı Fizikçisi ~200 ~0 ~300
gereken Doktoralıeleman sayısı, gerçek sayılar ve 2010 yılında gereken sayılarıntahmini.
Çeşit Sayı
İyon implantasyonu ve yüzeymodifikasyonu 7000
Sanayide hızlandırıcılar 1500
Radyoterapi5000
Tıbbi izotop üretimi 200
Hadronterapi 20
Sinkrotronışınımı kaynakları 70
Nükleer ve parçacık fiziği110
Diğer 1000
Toplam 15000
Tablo 2. Dünyadakihızlandırıcılar. EPAC2000'de sunulan rakamlar.

KAYNAKLAR
1.DPT-97K-120420 "Parçacık Hızlandırıcılar: Türkiye'de NelerYapılmalı", Proje Sonuç Raporu,Aralık 2000, Ankara.
2. Ö.Yavaş, A.K. Çiftçi and S. Sultansoy, "TAC Proposal forFundamental and Applied Research",Proc. of the Seventh EuropeanParticle Accelerator Conference, EPAC 2000, 26-30 June 2000, AustriaCenter, Vienna, p. 1008.
3. http://bilge.science.ankara.edu.tr 4.CERN | Celebrating 60 years of science for peace
5. Fermilab | Home
6. www.slac.stanford.edu
7.Deutschlands größtes Beschleunigerzentrum - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
8. KEK:?????????????
9. U. Amaldi, "The Importance ofParticle Accelerators", Proc. of the Seventh European ParticleAccelerator Conference, EPAC 2000, 26- 30 June 2000, Austria Center,Vienna, p. 3.
10. THERA Welcome 11. P. Grosse-Wiesmann, Nucl.Instum. Meth. A 274 (1989) 21.
12. S. Sultansoy, Turkish J. OfPhysics 17 (1993) 591; 19 (1995) 789.
13. C. Rubbia ve J.A. Rubio,CERN/LHC/96-11 (1996).
14. L.I. Ponomarev, Contemporary Physics 31(1990) 219.
15. S. Şahin, A. Sözen ve S. Yılmaz, GaziÜniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 11 (1998) 147.
16.M.C. Fujiwara et al., Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 1642.
EK1. KEK VE JAPON MÜCİZESİ
Japonya'da Yüksek Enerji Fiziğialanında gelişmelerin ülkenin genel kalkınma atılımınınayrılmaz parçası ve itici kuvveti olduğu aşağıda verilen kısatarihçeden açık şekilde görülmektedir:
Mayıs 1962 -Japonya Bilim Konseyi yüksek enerjili proton hızlandırıcısınınkurulmasını içeren ulusal yüksek enerji ve nükleer fizikprogramlarını desteklemeği hükümete önerdi Eylül 1963 -Hükümet Tsukuba'da 4000 ha arazisi olan Bilim Şehrininkurulmasını karara bağladı
Nisan 1964 - Hükümet yüksekenerjili hızlandırıcılar ile ilgili temel araştırmalara bütçeayırdı
Nisan 1971 - Ulusal Yüksek Enerji Fiziği Laboratuarı(KEK) ilk Üniversitelerarası Araştırma Enstitüsü olarakkuruldu
Ağustos 1974 - Enjektör Linak'ta protonlar 20 MeV'ekadar hızlandırıldı Aralık 1974 - Booster Sinkrotron'daprotonlar 500
MeV'e kadar hızlandırıldı Mart 1976 - AnaSinkrotron'da protonlar 8 GeV'e kadar hızlandırıldı
Aralık1976 - Ana Sinkrotron'da protonlar 12 GeV'e kadar hızlandırıldı1970'lerin sonu - Japon Mücizesi
Son yirmi yılda kurulmuşyeni hızlandırıcıları ile bugün KEK dünyanın en ileri 5hızlandırıcı merkezi arasında yer almaktadır.
1972 yılındaGüney Kore (Japon modelini baz alarak) Bilim Kenti kurmayı kararaaldı.
1980'lerin sonu - Kore Mücizesi.

EK 2.DPT-97K-120420:
SONUÇ VE ÖNERİLER
Projede ulaşılansonuçlara göre orta çaplı bir yatırım ile bilim ve teknolojininçeşitli alanlarına hitap edebilecek bir ulusal hızlandırıcıkompleksinin ana kısımları ve ulaşılması beklenen hedefleraşağıda sıralanmıştır:
* Linak-Halka tipli ? FabrikasıAsimetrik (linak-halka) bir elektron-pozitron çarpıştırıcısınadayalı olarak kurulacak ? fabrikasında L = 103 4cm-2s-1 ışınlıkdeğeri ile bir çalışma yılında 2.2×1011 K+K- mezon çifti ve1.5×1011 KL 0KS 0 çifti üretilerek yük-parite simetrisininkırılması ve K ezonların nadir bozunumları gibi problemlerdünyadaki mevcut tek ? fabrikası olan DA?NE'ye (Fraskati-İtalya)göre 100 kat daha zengin olay sayısı ile çalışılabilecektir veTAC ? fabrikası ülkemizde kurulu ilk deneysel parçacık fiziğilaboratuarı olacaktır.
* Sinkrotron Işınımı Laboratuarı
1 (2) GeV'lik pozitron halkası üzerinde yerleştirilen uygunzigzaglayıcı (wiggler) magnetler kullanılarak elde edileceksinkrotron ışınımı 3. nesil ışınım özelliklerine sahipolarak, başta fizik olmak üzere biyoloji, tıp, kimya, jeoloji v.b. alanlarda araştırma ve uygulama imkanları sunacaktır veülkemizdeki
ilk sinkrotron ışınımı kaynağı olacaktır.

*Serbest Elektron Lazeri Laboratuarı
260 (130) MeV'lik elektrondemetinin uygun salındırıcı (undulator) magnetlerden geçirilmesiile elde edilecek olan dalgaboyu ayarlanabilir, yüksek güç ve akıdeğerlerine sahip serbest elektron lazeri özellikle monokromatikışınımların gerektiği geniş bir araştırma ve uygulamaalanında kullanılacak ve
ülkemizdeki ilk serbest elektronlazeri olacaktır.
* Proton Sinkrotronu
1÷5 GeV enerjiliolarak planlanan proton sinkrotronu 100÷300 MeV'lik doğrusal birön hızlandırıcıdan ve ana sinkrotrondan oluşacaktır. İkinoktadan elde edilecek proton demetleri ile nötron
ve muondemetlerinin kullanıldığı deneysel bölgeler oluşturularak temelve uygulamalı bilimlerin değişik alanlarında araştırmalaryapılacak ve ülkemizdeki ilk proton sinkrotronu olacaktır.
Hızlandırıcılara dayalı yüzlerce teknolojik uygulamayıhalkımızın hizmetine sunabilmenin, globalleşme ve çağdaşlaşmanınön plana çıktığı 21. yüzyıl dünyasında saygın bir yeredinebilmenin, beyin göçünü tersine çevirebilmenin, ilgilikonulardaki gelişmeleri takip ederek bu alanda dünyaca muhatapkabul edilebilmenin olmazsa olmaz koşullarından birisi olarak kabuledilmesi gereken ve somut bir kalkınmışlık göstergesi sayılacakolan Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarı kompleksine kavuşabilmekiçin aşağıdaki önerilerin süratle hayata geçirilmesigerekir:

* Bilim ve Teknoloji Bakanlığı kuruluncaya kadarBaşbakanlığa bağlı olacak olan Ulusal Hızlandırıcı Merkezi(UMH) kurulmalıdır.
* Bu merkezde yapılacak çalışmalardadiğer Türk Cumhuriyetlerinin birikiminden aktif olarakyararlanmalıdır.
* Ülkemizdeki tüm Fizik Mühendisliği vealtyapısı uygun bulunacak bazı Fizik Bölümlerinde HızlandırıcıFiziği Anabilim Dalı açılarak konunun eğitimine ortamhazırlanmalıdır.
* Lisansüstü düzeyde HızlandırıcıFizikçisi yetiştirilmesi için TAEK-Üniversite işbirliğisağlanmalıdır.
* Kurulacak Ulusal Hızlandırıcı merkezi(Turkic Accelerator Center, TAC) gelişmiş hızlandırıcılaboratuarları (CERN, DESY, KEK, FNAL, SLAC v.
b.) ile sıkı birişbirliğine girmelidir.
* Bu projeyi hayata geçirmek içinikinci ve üçüncü adımı oluşturacak olan Ulusal HızlandırıcıMerkezi Tasarım Projesi aşamaları (CDR ve TDR) için gereklidestek UHM kurulana kadar ülkemizin mevcut bilim ve planlamakuruluşları (TÜBİTAK, TAEK, DPT) tarafından sağlanmalıdır.
*Ülkemizce ilgi gösterilmiş ancak henuz hayata geçirilmeçalışmaları süren SESAME (Ürdün) ve AUSTRON (Avusturya)projelerine aktif katılım sağlanarak bilgi ve beceri birikimiarttırılmalıdır.
* TAEK, TÜBİTAK ve DPT'nin ortakdesteği ile her yıl en az bir olmak üzere (ülkemizde bu alanadestek sağlayabilecek sanayi kurumlarını da haberdar ederek),ulusal düzeyde ve bölgesel (uluslararası) düzeyde ParçacıkHızlandırıcıları Kongreleri düzenlenmeli vegelişmeler
değerlendirilmelidir.
* Türkiye Atom EnerjiKurumu (TAEK) tarafından gerçekleştirilecek küçük ölçekliElectron Beam ve Cyclotron projeleri hızlandırıcılar konusundaatılacak bir ilk adım olarak bir an evvel hayata geçirilmelidir.
*Ülkemiz gerekli altyapıyı oluşturarak mutlaka en yakın zamandadünyadaki en büyük hızlandırıcı merkezi olan CERN'e üyeolmalıdır.
* 1996 yılından itibaren DESY (Hamburg, Almanya)hızlandırıcı merkezi ile Ankara ve Gazi Üniversitelerinin Fizikbölümlerince yapılan ortak araştırmalara gereken destekverilmeli ve bilgi ve teknoloji transferi için somut adımlaratılmalıdır.