Leoda uzay aracı için uzay radyasyon monitörünün tasarımı ve ilk Türk sonda roketinde bir prototip uçuşunun sonuçları

Radiation damage to spacecraft is a major reason for malfunctions in electronic components. Monitoring real-time radiation that the spacecraft is exposed to is of utmost importance for subsequent investigation of faults and their correlation to radiation doses. Components which have completed mission lifetime successfully in space and therefore have gained heritage can be certified to a certain level of radiation tolerance for future missions. The design and optimization of a space radiation monitor was carried out as part of the IMECE project. The monitor consists of a proton radiation detector with heavy ion measurement capabilities, in a kinetic energyrange of 2 MeV to 200 MeV, in addition to an electron radiation monitor with a kinetic energy range from 100 keV to 7 MeV. Both are optimized to record hits in 8 energy bins and the electron one to record fluxes higher than those of protons by a factor of103for LEO flights. Utilization of degraders and silicon detectors in sandwich form is essential forthe working principal of the designed proton detector. Suitable readout electronics for these fluxes and flight qualification tests were chosen. This multipurpose radiation monitor will be manufactured and tested at the METU-DBL facility upon its completion. A prototypefor this radiation monitor was produced and flown to an altitude of 136 km twice on top the SR0.1 rocket launched by ROKETSANon the 26th -29th of October 2020. Dose rates weremeasured at the Pfotzer-Regener maximum as well as all through the flight path and are presented in this thesis.Uydularda karşılaşılan arızaların ana sebebi,aracın bileşenlerinin radyasyona maruz kalmasıdır. Uzay aracının maruz kaldığı radyasyon miktarı üzerine veri toplamak,gelecekte radyasyon kaynaklı hasar ile maruz kalınan radyasyon dozuarasında bir korelasyon kurabilmek için çok büyük önem taşımaktadır. Uzayda görevini tamamlamış ve tarihçelenmiş bileşenlerin belli bir doza kadar dayanımı doğrulanabilir. Bu çalışmada, İMECE projesi kapsamında bir uzay radyasyon monitörünün tasarımı ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Monitör, 100 keV ve 7 MeV kinetikenerji aralığında ölçüm yapabilen bir elektron radyasyon dedektörünün yanında, 2 MeV ve 200 MeV kinetik enerji aralığında Ağır İyon ölçüm kapasitesine sahip bir Proton radyasyon dedektöründen oluşmaktadır. İki dedektör de 8 enerji sepetli algoritma kullanarak veri kaydı yapmaları için optimize edilmiştir. Elektron Dedektörü, LEO uçuşları için proton akısının 103katını ölçebilir. Kalkanlar ve silikon detektörlerinin sandviç formunda kullanılması, tasarlanan proton dedektörünün çalışma prensibi için esastır. Akı koşulları ve çevre testler için uygun okuma elektronikleri seçilmiştir. Bu çok amaçlı radyasyon monitörünün tasarımı tamamlandıktan sonra üretilecek ve ODTÜ-SDH tesisinde test edilecektir. Bu radyasyon monitörü için bir protip üretilmiştir ve 26-29 Ekim2020 tarihlerinde ROKETSANtarafından fırlatılan SR0.1 roketinin üzerinde 136 km yüksekliğe kadar iki kere uçmuştur.Uçuş yolu boyunca ve Pfotzer-Regener maksimumunda doz hızı ölçülmüştürve bu tezde sunulmaktadır.M.S. - Master of Scienc

Antarktika’da bulunan Türk bilim üssü bölgesinin radyasyon doz hesaplamaları

Dünya uzaydan gelen kozmik ışın radyasyonuna sürekli olarak maruz kalmaktadır. Dünyanın manyetik alanı ve atmosferi bu ışınlara karşı doğal bir koruma sağlamaktadır. Dünyanın manyetik alanına dik gelen yüklü kozmik ışınların, Lorentz kuvveti nedeniyle bükülerek dünyaya girmeleri zorlaşır. Kutuplarda ise manyetik alana paralel gelen ışınlar bir etkiye maruz kalmadan atmosfere girerler. Atmosfere giren parçacıklar Oksijen ve Azot molekülleri ile çarpışarak parçacık yağmurları oluşturur ve muon, nötron gibi parçacıklar yeryüzüne kadar ulaşabilir. Bu etkiden dolayı, aynı yükseklikler karşılaştırıldığında ekvatordan kutuplara doğru parçacık akısı artmaktadır. Özellikle Güneş patlamalarının olduğu zaman dilimlerinde bu parçacıklara bağlı radyasyon dozu kutuplarda kritik seviyelere ulaşabilmektedir. Antarktika’da Türkiye’nin de içinde bulunduğu çok sayıda ülke yer bilimleri, beşeri bilimler, fizik bilimleri ve canlı bilimleri alanlarında faaliyet göstermektedir. Bölgedeki çalışma alanlarının çeşitlilik göstermesi ve çok sayıda bilim insanın bulunması sebebiyle radyasyon dozu takibi insan sağlığı açısından da kritik bir parametredir. Ayrıca atmosferin koruması olmadan görev yapan uyduların aldığı radyasyon dozu yeryüzünden farklıdır ve uydularımız için güneş patlamalarının da radyasyon miktarını anlamak da önemlidir. Antarktika’daki görev istasyonlarında bu yüzden birçok radyasyon dedektörü bulunmaktadır. Kozmik radyasyon dozu enlem, dünyanın manyetik ekseninin dönme ekseniyle aynı olmamasından kaynaklı olarak boylam, yükseklik ve güneş rüzgarına bağlı olarak değişmektedir. Dünya'daki kozmik ışın yoğunluğu yaklaşık 50°- 60° enlemlerinde maksimuma ulaşmaktadır. Bu çalışmada, belirtilen koordinat aralığına yakın olarak, Antarktika’da bulunan Türk bilim üssünün koordinatları (67°49’40” S, 67°12’08” W) için güneş patlamalarının olduğu ve olmadığı durumlarda radyasyon dozu hesaplamaları Monte Carlo yazılımları olan FLUKA, Geant4 ve CARI7 ile kapsamlı olarak simüle edilecektir. Böylelikle hem güneş patlamaları durumlarında ülkenin bilim politikaları doğrultusunda çalışmalarını sürdüren bilim insanlarının sağlığı hem de uyduların çalışma performanslarını koruyarak görev yapmasını sağlayacak bir radyasyon sayacının fizibilitesinin yapılması hedeflenmektedir.Earth is continuously exposed to cosmic ray radiation from space. The Earth's magnetic field and its atmosphere provide a natural protection against these rays. Charged cosmic rays, perpendicular to the Earth's magnetic field, are bent due to the Lorentz force, making it difficult to enter the Earth’s atmosphere. At the poles, cosmic rays coming parallel to the magnetic field enter the atmosphere without being effected. Particles entering the atmosphere collide with Oxygen and Nitrogen molecules that resul in particle showers, and particles such as muons and neutrons can reach the Earth's surface. Due to this effect, particle flux increases from the equator to the poles when the similar altitudes are compared. Especially during solar flares, the radiation dose due to these particles can reach critical levels at the poles. In Antarctica, many countries including Turkey have research outposts working on earth sciences, humanities, physical sciences and life sciences. Radiation dose tracking in Antarctica is also a critical parameter in human health due to the variety of research areas in the region and scientists' presence. Moreover, the radiation dose received by satellites operating without the protection of the atmosphere in space is higher the dose at Earth's surface. Thus, knowing the amount of the radiation from solar flares is crucial for satellites. These are the reasons for radiation detectors’ presence at research stations in Antarctica. Cosmic radiation dose varies depending on latitude, altitude, and solar wind as well as longitude since the Earth’s magnetic axis is not the same as the rotation axis. Cosmic ray intensity on Earth reaches its maximum at about 50° - 60° latitudes and then stays constant up to 90°. In this study, radiation dose calculations for the coordinates of the Turkish science base in Antarctica (67° 49'40 '' S, 67° 12'08 '' W), in the presence and absence of solar flares as close to the specified coordinate range, will be simulated extensively with Monte Carlo softwares FLUKA, Geant4 and CARI7.With these simulations, the feasibility of a radiation detector will be studied for both the health of scientists, that are working along Turkey’s science policies, during solar flares and the robustness of satellites against space radiation during their time of service

Installation of the METU Defocusing Beamline to Perform Space Radiation Tests

METU Defocusing Beamline (DBL) is being installed at TAEA SANAEM Proton Accelerator Facility [1] for radiation tests of electronic devices to be used in satellites and spacecrafts which are exposed to a high radiation dose in space or at the Hi-Lumi LHC [2]. 15 - 30 MeV protons from the accelerator are spread out over an area of 15.40 X 21.55 cm to provide large irradiation in accordance to ESA/ESCC No. 25100 standard with METU-DBL. A wide selectable flux menu ranging from 10(5) - 10(10) p/cm(2)/s will be available to users starting in summer 2019. The final design has been updated with the experience gained from the pre-test setup installation [3] and the ensuing irradiation campaign with different users [4]. In this paper, magnetic measurement results of a custom design quadrupole magnet, as well as updates to the mechanical, robotic and control subsystems are presented

Metu-Defocusing Beamline : A 15-30 Mev Proton Irradiation Facility and Beam Measurement System

Middle East Technical University – Defocusing Beam Line (METU-DBL) project is an irradiation facility providing 15 MeV to 30 MeV kinetic energy protons for testing various high radiation level applications, ranging from Hi-Lumi LHC upgrade, space electronic components to nuclear material research. The project located inside the premises of the TAEA (Turkish Atomic Energy Agency) SANAEM (Saraykoy Nuclear Education and Research Center) close to Ankara, provides users a wide selectable flux menu (105–1010 p/cm2/s). The facility is now being commissioned and the facility will be providing a large test area (20 cm x 15 cm) for material, detector and electronics tests. The proton beam is monitored along the beamline using aluminum oxide screens and the flux and uniformity is measured using three detectors attached to the robotic system for cross- checks. A fiber scintillator detector scans the large irradiation area while small area diamond detector and Timepix3 detector are used for spot checks for calibration. Several samples can be radiated simultaneously inside the irradiation area and the robotic system provides 5 separate holders for samples which can be moved in or out, providing users flexibility for the desired fluence. This talk will first introduce METU- DBL as a radiation test facility, then discuss the radiation monitoring of the beam area and the radiation room, while highlighting how this facility can be used for future testing of materials for radiation tolerance

Metu-Defocusing Beamline : A 15-30 Mev Proton Irradiation Facility and Beam Measurement System

Middle East Technical University – Defocusing Beam Line (METU-DBL) project is an irradiation facility providing 15 MeV to 30 MeV kinetic energy protons for testing various high radiation level applications, ranging from Hi-Lumi LHC upgrade, space electronic components to nuclear material research. The project located inside the premises of the TAEA (Turkish Atomic Energy Agency) SANAEM (Saraykoy Nuclear Education and Research Center) close to Ankara, provides users a wide selectable flux menu (105–1010 p/cm2/s). The facility is now being commissioned and the facility will be providing a large test area (20 cm x 15 cm) for material, detector and electronics tests. The proton beam is monitored along the beamline using aluminum oxide screens and the flux and uniformity is measured using three detectors attached to the robotic system for cross- checks. A fiber scintillator detector scans the large irradiation area while small area diamond detector and Timepix3 detector are used for spot checks for calibration. Several samples can be radiated simultaneously inside the irradiation area and the robotic system provides 5 separate holders for samples which can be moved in or out, providing users flexibility for the desired fluence. This talk will first introduce METU- DBL as a radiation test facility, then discuss the radiation monitoring of the beam area and the radiation room, while highlighting how this facility can be used for future testing of materials for radiation tolerance