1

1.GİRİŞ

Tesla bobini, Nicola Tesla’nın 1891 yılında meydana getirdiği en büyük buluşlarından

biridir. Tesla bobini yüksek gerilim, düşük akım ve yüksek frekansta alternatif akım

üretmek amacıyla kullanılan deşarj bobinleridir.  Aslında bir yüksek frekanslı hava

çekirdekli transformatördür. Bu transformatör düşük AC gerilimleri 1 milyon V AC ‘ye

kadar yükseltebilir.

Maxwell 'in matematiksel olarak ışığın elektromanyetik dalga olduğunu ispatlaması,

Nikola Tesla'nın yüksek frekanslı alternatif akımla imkansız denen şeylerin

başarılabileceğine olan inancını pekiştirir. Kablosuz elektrik iletme deneylerinde de

kullansa da Tesla’nın öncelikli amacı yüksek frekanslara ulaşabilmektir. Çalışmalarını

ilerletip saniyede 20.000 devire ulaştığında jeneratörler uçup gider, parçalanır. Bu

şekilde daha yüksek frekanslara ulaşmak mümkün gözükmemektedir ama tesla yılmaz.

60 devir/sn standart ev elektriğini alıp saniyede yüz binlerce devire çıkarır. Tesla bobini

frekansı yükseltmekle kalmaz çok yüksek miktarlarda voltaj da üretebilmektedir.

Nicola Tesla ürettiği yüksek frekanslı AC gerilim ile ilk neon ve flörasan lambaları icat

etmiş ve kablosuz olarak ilettiği enerji ile birkaç yüz cm uzaklıktaki bu lambaları

yakmayı başarabilmiştir. Bu çalışmaları ile o dönemde çığır açmıştır.

1.1. Genel Teori

Bir tesla bobini geleneksel (yani demir çekirdekli) trafolardan çok farklı bir biçimde

çalışan bir çeşit transformatördür. Geleneksel bir transformatörde sarımlar birbirine çok

sıkı bir biçimde bağlanmıştır ve gerilim kazancı sarım sargıları numaraları ile

belirlenmektedir. Bu durum normal voltaj değerlerinde çalışır ancak yüksek voltajlarda

sargıların iki takımı arasındaki yalıtım kolayca bozulur. Bu da demir çekirdekli

transformatörün bozulmadan çalışmasını engeller.

2

Tesla bobini ile sargıları arsındaki alan %97 + oranında birleştirilebilen bir

konvansiyonel transformatörün aksine tesla bobin sargıları gevşek bir hava boşluğu ile

birleştirilmiştir. Böylece tesla bobinleri, kendi manyetik alanlarında primer ve sekonder

alanlarının paylaşımları yalnızca %10 - %20 civarındadır. Sıkı bağlantılı bobinler yerine

tesla bobini salınımlı gelen enerjiyi gevşek bağlantı yoluyla bir dizi RF döngüleri

devresine aktarmaktadır.

Mevcut birincil enerji kadar ikincil yani çıkış enerjisi de artar ve enerji kayıpları azalır.

Hatta önemli derecedeki kıvılcım boşluğu kayıpları iyi tasarlanmış bir tesla bobininde

birincil kısımdaki kapasitörler ile %85 oranında azaltılabilir.

Tesla, bobininin sonraki versiyonunda ilk etapta yüksek elektrik streslerini önlemek

için büyük mesafelerde elektrik alanı yaydı ve böylece serbest hava içinde çalışmasını

sağlandı. En modern tesla bobinlerinde basit toroidler kullanıldı,sekonderin üst kısmına

yakın bir yere yüksek elektrik alanı kontrol etmek ve primer sekonder sargılardan uzak

ve dışarıya doğru kıvılcım yönlendirmek için bükülmüş metal veya esnek aliminyum

hava kanalları imal edildi. Daha gelişmiş tesla bobini vericileri daha sıkı bağlı rezonans

transformatör ağı veya “ana osilatör” ekstra bobin adı verilen başka rezonans ile

beslenen çıkıntı içerir. Bazı modern üç bobinli büyütücü sistemlerde ekstra bobin

transformatörlerden biraz uzağa yerleştirilir. sekonderin üstündeki direkt manyetik

bağlantı üçüncü bobini alt uca doğru RF akımı enjekte edilerek yönledirilmesi ile

tasarlandığından beri istenilmez. Prensip ekstra bobininde enerji birikimi ve

transformatör sekonderin rolü farklı ana osilatörde oynanmasıdır, tek bir sekonderden

paylaşım rolü değildir. Gevşek bağlantı ile gerilim kazancı primer ve sekonder

indüktanslar oranının kare kökü ile orantılıdır. Çünkü ikincil sargı, birincil olarak aynı

frekansta rezozans olması nedeniyle sarılır, bu gerilim kazancı da ikincil kaçak

kapasitant için birincil kapasitör oranının karekökü ile orantılıdır. Modern yüksek

gerilim meraklıları genellikle teslaanın “tabaka” hava çekirdekli tasarımına benzeyen

tesla bobini olusturmakta. Bunlar genellikle primer tank devresi ,yüksek gerilim

kapasitör ile oluşan bir dizi LC devresi, sekonder bobin içeren bir dizi rezonans devre,

terminak kapasitans veya ”top load “ dan oluşmaktadır. Teslanın daha geilşmiş

tasarımı , ikincil LC devresi hava çekirdekli transformatörün sekonder bobinine

yerleşitirilmiş seri haldeki sarmal rezonatörlerden oluşmaktadır. En modern bobinler

primer ve sekonder rezonatörün ikisini içeren tek bir sarmal bobin kullanılır. Primer LC

3

devresi sekonder LC devresi ile aynı frekansta rezonans olacak şekilde ayarlanmıştır.

Daha önce yağ yalıtımlı tesla bobinleri yüksek voltajlı terminallerden hava çıkışını

önlemek için büyük ve uzun yalıtkanlara ihtiyaç duyar.

Daha modern, büyük bir tesla bobini çok yüksek pikteki güçlerde çalışabilir. (milyon

wattlara kadar). Bu sayede, ayarlanabilir ve dikkatli bir şekilde çalıştırılabilir, sadece

verim ve ekonomi açısından faydalı değil, aynı zamanda güvenlik açısından da bu

önemlidir.Eğer yanlış ayar nedeniyle, maksimum gerilim noktası terminali aşağıda

oluşursa, ikinci tel boyunca, bir kıvılcım meydana gelebilir ve bobin teline, desteklere,

yakındaki objelere zarar verebilir.

Ait tarafta tesla deneyleri ve birçok devre yapılandırmaları görülebilir. Tesla bobini

primer sargısına, kıvılcım boşluğu ve tank kondansatörü seri olarak bağlanmış. Her

devrede, AC besleme transformatörü voltajı kıvılcım boşluğunu yıkana kadar tank

kapasitörünü şarj ediyor. Boşluk aniden ateşlenir ve şarj olmuş tank kapasitörünün

deşarj olması, primer sargı içerisinden izin verir. İlk boşluk ateşlenir, bu elektriksel

davranış diğer devrelerde de aynıdır. Deneyler sonucunda hiçbir devrenin diğeri

üzerinde performans avantajı saptanmamıştır.

4

Şekil 1.1. Tesla bobininin genel görünüşü

Resimde görüldüğü gibi tesla bobini altında birinci sarmal, üstte ise ikinci sarmal olan

bir tür bir transformatördür. En üst noktasında ise alüminyum toroid görünmektedir

bu toroid ise yüksek frekansta, düşük akım ve çok yüksek değerlerde voltaj çıkışı

verir. Fiziksel olarak Tesla bobini bu şekildedir.

Şimdide şebeke geriliminden Tesla bobinine kadar gelen tasarımın en kaba ve genel

haliyle devre şemasını verelim.[1]

5

Şekil 1.2. Genel olarak bobinin devre şeması

6

2. TESLA BOBİNİ TASARIMI

Tasarladığımız Tesla bobininde temel olarak 3 kattan bahsedebiliriz. Bunlar; devrenin

giriş katı olan şebeke geriliminin sürücü devresine uygun voltaj sağlayabilmesi

açısından oluşturduğumuz güç katı, ikinci olarak, sürücü devremizin bulunduğu

yüksek gerilim transformatörüne uygun gerilim ve akım değerlerininin sağlandığı

kısım, üçüncü olarak ise doğrultucu katını takiben bulunan klasik tesla bobini

sarmallarının bulunduğu çıkış katıdır. .

2.1. Güç Katı

Bu kısım, şehir şebekesi olan 220V AC gerilimin sürücü devresini beslemek için 15

Volt 4 Ampere dönüşütürüldüğü kısımdır. Bu işlemi yapmak için, bu değerleri

alabileceğimiz özel olarak tasarlanmış, dışarıdan temin ettiğimiz bir güç kaynağı

kullandık.

Şekil 2.1. 15V-4A çıkış değerleri sağlayan güç kaynağı

7

2.2. Sürücü Devresi

Bu devre yapısı tasarımımız için gerekli olan tetikleme aralığını belli frekans

değerleri arasında sağlayacak olan yapıdır. Sürücü katında NE 555 entegresi

kullanılarak Tesla bobini için sinyal üreteci tasarladık.

Şekil 2.2. NE 555 entegresi ile sürücü katı

NE 555 entegresi hakkında biraz daha bilgi sahibi olmak ve tasarımımızın yapısına

daha da hakim olmak adına bu entegrenin bacak bağlantılarını ve fonksiyonlarını

incelemekte fayda gördük.

Şekil 2.3. NE 555 Sinyal üretecine ait giriş ve çıkış grafikleri

8

555 entegresi, zamanlayıcı, pals üreteci, darbe genişlik modülasyonu (PWM), darbe

konum modülasyonu (PPM), lineer rampa sinyali üreteci vb uygulamalarda kullanılır.

555 entegresinin 8 ve 1 numaralı uçları besleme, 3 numaralı ucu çıkış, 2 numaralı ucu

ise tetikleme amacıyla kullanılmaktadır. Tetikleme sinyallerinde çıkan ve inen olmak

üzere iki kenar vardır. Tetikleme elemanın katalog özelliklerinde de belirtildiği gibi, bu

kernarlardan biri ile yapılır. 555 entegresi, üretici firma kataloğunda belirtildiği üzere

inen kenar ile tetiklenir.

Yükün bir ucu 3 numaralı çıkış ucuna, diğer ucu şaseye ya da Vcc ye bağlanır.

Normalde çıkış ucu sıfrıdır ve şase potansiyelindedir. Bu durumda Vc ile çıkış arasına

bağlanan yük gerekli polarmayı alarak çalışır. Aynı şekilde şase ile çıkış arasına

bağlanan yükün her iki ucu şase potansiyelinde olacağı için yük çalışmaz.

Şekil 2.4. NE 555 entegresinin bacak bağlantıları

1. Ground: Toprak bağlantısı

2. Trigger: Bu bacak monostable uygulamalarında tetikleme ayağı olarak kullanılır.

Alttaki karşılaştırıcının – girişine bağlanmış olan bu ayakta 1/3 Vcc altında bir

gerilim olunca flip-flopun flop un set bacağı lojik 1 olur ve dolayısıyla flip-flop un Q

çıkışı lojik 1 olur.

3. Output: Çıkış bağlantısı

4. Reset: Bu ayak lojik 0 olunca devre reset yapar ve Q çıkışı lojik 0 olur. Reset ayağı

diğer pinlere bağlı değildir.

9

5. Control: 2/3 Vcc gerilim alan noktaya bağlanmış olan bu ayaktaki gerilim

değiştirilerek arzu edilirse zamanlama periyodu değiştirilebilir. Normalde küçük bir

kapasite ile toprak hattına bağlanır.

6. Threshold: 2/3 Vcc üzerinde gerilim olduğunda flip-flop reset atar.

7. Discharge: npn transistörün kolektör ayağına bağlanmıştır. Transistör iletimde

olunca (beyz gerilimi pozitif olunca) bu ayak toprak hattına bağlanır.

8. Vcc: +4.5V ile +16V arasında bir gerilim verilir.

Sinyal üretecinin çıkışına bağladığımız transistör yardımıyla işareti güçlendirerek

(Şekil 2.2.) yüksek gerilim transformatörümüze sinyalimizi gönderdik. Bu transistör,

transformatörümüzün yaklaşık 1kV lık çıkış gerilimi vermesine yardımcı olur.

Yüksek gerilim transformatörü ise temel olarak Nicola Tesla tarafından belirlenen

esas işin yapıldığı, tesla sarmallarının bulunduğu son aşamaya giriş değeri vermemizi

sağlar.

Şekil 2.5. Yüksek gerilim transformatörü

10

Transformatörümüzün çıkışına ise AC işareti DC işarete dönüştürmek amacıyla

doğrultucu da yerleştirdik. Çünkü hem, tesla bobinin ikincil devresindeki primer

sarımın gerekli voltaj değerine ulaşması, hem de devrenin ilerleyen aşamalarında DC

gerilim ile çalışan kapasitörlerin kullanılması nedeniyle doğrultucuya ihtiyaç duyulur.

Devre şeması ve doğrultucu kutumuz aşağıdaki gibidir.

Şekil 2.6. Doğrultucu devresi

Şekil 2.7. Doğrultucu devre şeması

11

2.3. Tesla Bobini Sarmallarının Bulunduğu Çıkış Katı

Aşağıdaki şekilden de görüleceği üzere Tesla bobini; çekirdeği hava boşluğundan

oluşan, yüksek voltajlı bir rezonans trafosu olup 6 bileşenden oluşur. Bileşenlerden

birincisi; çekirdeği demirden oluşan, yüksek voltajlı birincil trafo ki bu daha önceki

aşamada ele aldığımız yüksek gerilim transformatörüdür; ikincisi bir yüksek voltaj

kapasitörüdür. Üçüncü bileşen, birbirinden hava boşluğu ile ayrılmış iki telden oluşan

'kıvılcım boşluğu,' dördüncüsü; 10-15 sarımlık, kalın bir telden oluşan birincil bobin,

beşincisi; reçine kaplı ince telden sarılmış, yüzlerce sarımlık 'ikincil bobin'dir.

Birincil bobin, ikincil bobinin dip tarafında yer alır ve bu ikisi birlikte, çekirdeği hava

boşluğundan oluşan ikincil bir trafo oluşturur (birinci trafonun çekirdeği demir).

Altıncı bileşen ise, genellikle alüminyumdan oluşan simit şeklinde bir metal olup,

ikincil bobinin tepesine yerleştirilmiştir. Sistem çalışırken oluşan yüksek voltaj

kıvılcımları, bu toroidden kaynaklanır ve tüm yönlerde havaya dağılır.

Şekil 2.8. Tasarımın son katı

Birincil trafo 220V AC'lik gerilimi 10,000 V'un üzerine çıkarır ve bu gerilim, yüksek

voltaj kapasitörünü doldurur. Kapasitör, birincil bobin ile trafonun çıkışı arasında seri

olarak bağlıdır. Dolayısıyla, voltaj yeterince yükseldiğinde, kıvılcım boşluğunu aşan

bir kıvılcım sıçraması oluşur. Kıvılcım, yolu üzerindeki havayı iyonlaştırıp iletken

hale getirir. Dolayısıyla bu kıvılcım, trafoyu kısa devre yaparken, kapasitörle birincil

sarım arasındaki devreyi de kapatır. Kapasitörde depolanmış olan enerji, birincil

sarım üzerinden akmak zorunda kalır. Kapasitörün yüklenmesi ve kıvılcım

12

boşluğunun ateşlenmesi birbirini hızla izler. kıvılcım boşluğu saniyede 120 ile 1000

kez arasında ateşlenebilir. Fakat en yüksek enerji patlamaları 120 Hertz civarında yer

alır.

Enerji birincil bobine aktarıldığında, bu bobini sarmalayan bir elektromanyetik alan

oluşur. İkincil bobin, bu değişen elektromanyetik alanın enerjisini emer ve birincil

bobinde oluşmuş olan voltajı daha da yükseltir. İkincil bobindeki voltaj, küçük

bobinler için yüz binlerce, büyükler içinse milyonlarca voltu bulabilir. Dolayısıyla,

ikincil bobini etkin bir şekilde topraklamak büyük önem taşır. Toprak ve toroid

aslında bir kapasitörün, ikincil bobinle birbirine bağlanmış, zıt yüklü iki plakası

gibidir: İkincil bobinde oluşan yüksek gerilim altında, birbirine zıt yükler toprağa ve

toroidden havaya fışkırır.[2]

Devrede öncelikle yüksek gerilim trafosu kondansatörü doldurur. Birincil

kondansatörün gerilimi atlama aralığının (spark gap)  gerilime eşit olduğunda bu

aralıkta atlama yani kısa devre olur.  Böylece kapasite ile birincil bobin parelel

duruma gelir. Böylece birinci paralel rezonans devresiyle, ikincil bobin ve yüksek

gerilim çıkışının toroid ya da küresel elektrotun rezonans devresi rezonansa girer.

Yani çıkış olarak frekansı rezonans frekansına eşit, yüksek frekanslı yüksek gerilim

elde edilir.[3]

Devrenin ihtiyaç duyduğu gerilimi 8 KV’lık 6,6 nF değerindeki paralel kapasitörler

ile sağlanır. Ne kadar çok ve kapasite değeri yüksek kapasitör kullanılırsa o kadar da

güç artacaktır. Bu devrede renozansı arttırmak amacıyla kapasitörler paralel olarak

bağlanmıştır.

13

Şekil 2.9. Devrede kullanılan kapasitörler

Tesla bobinin çalışması için gereken en önemli mekanizmalardan biri de spark gap

mekanizmasıdır. Kıvılcım atlaması olarak da tanımlanan bu mekanizma aralarında

1,5 mm kadar açıklık bulunan ve yönleri birbirlerine bakan iki adet metal çubuktan

oluşur. Bu mekanizma sayesinde yüksek gerilim metallerin arasındaki 1,5 mm’lik

açıklıkta bulunan havayı iletken gibi kullanır ve yüksek gerilim metal çubukların

birinden diğerine geçer. Bu işlemi yapabilmek için gerilimin frekansı aşırı derecede

yükselir. Bu sayede de tesla bobinin ihtiyaç duyduğu Tera Hertz’ler seviyesinde

frekans elde ederiz.

14

Şekil 2.10. Spark gap (Atlama aralığı)

Spark gap mekanizmasından sonra ikincil devrenin yani tesla bobinin çıkış primer ve

sekonder sargıları kullanılır. Primer sargı sayısı 5’dir ve üzeri izoleli 15 mm2’lik bakır

kablodan oluşur. Primer sargı plastik bir silindirin üzerine sarılır.

15

Şekil 2.11. Tesla bobininin birincil sargıları

Sekonder sargı ise xxx çaplı pvc su borusuna 0,5 mm2'lik bakır tel aralarda boşluk

olmadan sarılır. Bu sarım 280 turdur. Bakır telin pvc su borusuna sarımı oldukça

zahmetli olduğu için ve sarım esnasında telin aralarında boşluk kalması durumunda

bobinin manyetik alanı bozulacağı için bu bobinaj makinesi ile sarılması daha

uygundur. Bu eleman ile 50-60 KV'lık çıkış elde edilmektedir.

Kullanılan pvc su borusunun etrafı primer sargı ile çevrilen tarafı bakır tel ile

sarılmamalıdır. Aksi halde primer ve sekonder sarımlar arasındaki manyetik alan

bozulur.

16

Şekil 2.12. Tesla bobininin ikincil sargıları ve tasarımın son hali

17

3. TESLA BOBİNİN KULLANIM ALANLARI

Bu bölümde, öncelikle Tesla’nın bu tasarımdaki amacını ele alarak başlayalım

ardından kullanım alanlarını detaylı bir şekilde ele alacağız.

Tesla, Maxwell’in ışığın matematiksel olarak dalga olduğunu ispatlamasıyla yüksek

frekanslı alternatif akım üretmenin mümkün olduğunu görmüştür. İlk deneylerinde

frekansı 20000 devire kadar çıkarabilmiş, fakat jeneratörler bu frekansa

dayanamamıştır. Tesla’da sonunda ürettiği bobinle elektriği istediği frekansa ve

gerilime çıkarmıştır. Peki Tesla’nın bu bobini yapmaktaki amacı nedir?  Tesla’nın

hayatı boyunca en büyük amacı elektriği kablosuz iletmekti. Nitekim Tesla bunu bu

bobinle lokal olarak başarmış, daha sonra yaşanılan olumsuzluklar nedeniyle bu

projesini devam ettirememiştir.

Tesla bu yüksek frekans çalışmalarını neon ve flüoresan lambanın icadında, ilk X-ray

fotoğrafın çekiminde, MR cihazlarının temellerinin atılmasında kullanmıştır. Bugün

de eş zamanlı yıldırımlar oluşturulmasında ve malzemelerin yüksek gerilime

dayanıklılık testlerinde aktif olarak kullanılmaktadır.

3.1. Neon – Florasan Lambalarda Kullanımı

Birçok buluş gibi florasan lambalar da Nicola Tesla tarafından icat edilmiş

günümüzde ise bu tasarım yıllar geçtikçe geliştirilmiştir.

18

Şekil 3.1. Florasan lambanın şebekeye bağlanması

Starter

Neon gazı ile doldurulmuş, küçük bir gazışıl lambadır. Starter lambasına paralel bağlı

kondansatörün görevi radyo parazitlerini giderici ( önleyici ) olarak çalışır ve voltaj

darbesi zamanını uzatır. Starterin görevi ise floresan ampul devresinin otomatik olarak

çalışmaya başlamasını sağlamaktır. Floresan ampul çalışmaya başladıktan sonra starter

devreden çıkar. Starter nasıl çalışır? Starter lambasının biri ya da herikisi bir bimetal-

termik elemandır. Starter 160 V civarında yani düşük gerilimde ışıldar ve elektrodu

ısıtır. Isınan bimetal elektrot kıvrılarak akım devresini kapatır. Bu durumda akım şok

bobini ( balast ) üzerinden ve lamba flemanlarından geçerek flemanları ısıtır. Bimetal

elektrot bu arada soğuyarak eski durumuna döner ve akım devresini açar. İşte bu açma

anında yüksek bir gerilim oluşarak floresan lamba ateşlenir.

Şekil 3.2. Starter

19

Floresan Tüp

Bir floresan lamba ya da floresan tüp bir gaz deşarj lambası olup, civa buharını uyarmak

için elektriği kullanır. Uyarılan civa atomları kısa dalga ultraviyole ışını oluşturur, UV

ışını ise fosforun parıldamasına neden olarak, görünür ışığın oluşmasını sağlar.

Şekil 3.3. Florasan tüp

Balast

Balastın görevleri; Starterin açması anında, balast trafosunun özindüksiyonu nedeniyle

yaklaşık olarak 1000 V gibi yüksek bir gerilim oluşturarak floresan lambanın

ateşlenmesini sağlar. Floresan tüp ateşlendikten sonra balast trafosunun endüktif direnci

nedeniyle süratle gerilim 100 V gibi bir ışıldama gerilimine düşer. Gerilim bu kademeye

düşünce starter artık ışıldayamaz. Balast trafosunun endüktansı nedeniyle işletme anında

bir faz kayması oluşacaktır, bu değer kompanzasyonla düzeltilir. Bu yüzden

aydınlatmada balastların varlığının kompanzasyon gerektirebileceği unutulmamalıdır.

Girişte paralel bağlı kondansatörün görevi ise bireysel olarak bu balastın, şebeke

tarafından bakıldığında, endüktif özelliğini ortadan kaldırmak yani bireysel

kompanzasyonunu sağlayıp, güç faktörünü düzeltmek içindir.

20

Şekil 3.4. Balast

Bu lambalarda Tesla Bobini, florasan lambaların ilk çıkış yıllarında balast bobininde

oluşan 1000 Voltluk yüksek pik voltaj değerini oluşturmak için kullanılmıştır. Yüksek

frekanslarda oluşan bu gerilim de tüp içerisindeki cıva buharının ısınıp ışıma yapmasını

sağlar.[4]

3.2. MRG Cihazının Tanımı ve Çalışma Prensibi Gereği Kullanılan Bobinler

3.2.1. MRG’nin Tanımı

MRG doku kontrast çözümleme gücü en yüksek olan radyolojik görüntüleme

yöntemidir. Bu yeni teknoloji ile sağlanan görüntüler sağlıklı ve hastalıklı doku

arasındaki farkı anlamak için çok iyi bir tekniktir.Bu özelliği ile başta santral

sinir  sistemi olmak üzere vücuttaki  tüm yumuşak  dokuların incelenmesinde

kullanılır.Manyetik rezonans görüntüleme(MRG) ile vücudun içini kesitsel olarak

görüntüleyebiliriz.  Bu da doktorlara modern ve iyi bir tıbbi destek sağlamaktadır. Olan

manyetik görüntü doktora, incelenen vücut dokusunun özellikleri,boyutu ve yeri

hakkında birçok detaylı bilgi verir.Bu bilgi hızlı ve doğru tanıya varabilmek için çok

yardımcı olabilir. MRG de  X ışını kullanılmaz. İnsan vücudu  da dahil prosedür

tamamen atomların  manyetik özelliklerine dayanmaktadır. MRG tarayıcısının yarattığı

gibi güçlü bir manyetik alan içinde vücut dokusundaki atom çekirdekleri tarafından

elektrik sinyalleri salınmaktadır.Bu sinyaller hastanın etrafında bulunan dairesel bir

anten  aracılığıyla yakalanmaktadır.Sinyallerin fazlalığı doku tipine göre değişmektedir.

21

Bilgisayar inceleme altındaki vücut alanlarına karşılık gelen noktalara sinyalleri

yerleştirir  ve bunları ekranda bir görüntü haline getirir.[5]

 

3.2.2. MRG’nin Tarihi Gelişimi

Manyetizm’in ortaya çıktığı Manisa’da  doğal manyetik demir oksit bol miktarlarda

bulunmaktaydı ve ilk defa orada bu elementin davranış özelliği gözlendi. Elektrik ve

manyetizm konusunda bilimsel çalışmalar ise 18.yüzyılın sonlarına doğru başladı. Bu

alanda çalışmalar yapan önemli ilk   isimler: Amphere, Bohr, Coulomb, Curie, Faraday,

Gauss, Hertz, Oersted, Tesla ve Weber’dir. Daha sonrasında bu alandaki gelişmeler

hızlı bir gelişme gösterdi. İlk defa 1939 yılında Dr. İsador Rabi  ve arkadaşları MRG’yi

gözlediler.1946 yılında  ise Harvard üniversitesinden Edward M.Purcell ve Stanford

üniversitesinden Felix Bloch  birbirlerinden bağımsız olarak parafin,mum ve suyun

MRG  özellikleriyle ilgili yaptıkları deneysel çalışmalarla 1952 yılında Nobel

ödülünü  kazandılar.Daha sonra  Kayseri’den  ABD’ye göçmen olarak giden Ermeni

asıllı Raymond Damadian 1971 yılında Paul Lay-uterbur 1973 te MRG ile insan

vücudunun  görüntülünebileceğini gösterdiler. 1980 yılında Aberdeen grubu tarafından

görüntü elde edilmesinde iki boyutlu Fourier Transform tekniğinin kullanımı ortaya

kondu. 1984 yılında ilk defa MRG’de kontrast madde kullanılmaya başlandı. 1986

yılında hızlı görüntüleme yöntemleri kullanılmaya başlanmıştır.

Türkiye’de ilk defa 1989 yılında İzmir’de Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi

radyodiagnostik anabilim dalında kullanılmaya başlanmıştır. Ülkemizde 150’ye yakın

MRG kuruldu. Yurt çapında hızla yayılan MRG ünitelerinin sadece İstanbul’da

bulunanların sayısı birçok Avrupa ülkesindeki toplam MRG ünitesi sayısının üzerine

çıkmıştır.[5]

3.2.3. MRG’in Yapısı

 

Sabit manyetik alanı oluşturan mıknatıslar

Bir MR cihazının en önemli parçası sabit (dış) manyetik alanı oluşturan mıknatısıdır.

Manyetik  güç birimi Tesla ya da gauss ile ifade edilir. (tesla=10000 gauss)

22

Dünyanın da sabit bir manyetik alan yönü bulunmaktadır ve bu 0.3 ile 0.7 gauss arasında

değişmektedir. MR sistemlerinde kullanılan  mıknatısların manyetik alan gücü ise

genellikle 0.3 tesla ile 1.5 Tesla arasında değişmektedir. MR cihazlarında  çeşitli tipte

mıknatıslar  kullanılabilir. Bunları özelliklerine göre üç ana grupta sınıflandırıyoruz.

 

1-Permanent Magnetler: Bu tür magnetler hepimizin bildiği doğal çubuk

mıknatısların    büyütülmüş şekli gibidir. Bunlar  doğal mıknatıslardır.Manyetik alan

oluşturmak için  herhangi bir enerji gereksinimi göstermezler ki bu durum permanent

manyetlerin önemli bir avantajını oluşturur. Ayrıca soğutulmaya ihtiyaç

duymadıklarından maliyetleri çok ucuz olmaktadır.Ancak önemli iki

dezavantajları  vardır.Bunlardan birincisi termal instabiliteleri vardır ki bu durum

manyetik alan gücünü kısıtlayıcı bir faktördür.İkincisi ise doğal mıknatıslarla

oluşturulacak bir MR magneti çok ağır olmaktadır. Örneğin 0.3 Tesla gücündeki bir

permanent magnet yaklaşık olarak 100 ton’dur. Bunun sebebi ise demir, neodium  ve

brom gibi maddelerin tuğla gibi dizilip kullanılmasından dolayıdır. Bu magnetlerin

kullanılacağı cihazlarda  yerleştirilen madde manyetik alana dik olarak yerleştirilmelidir.

 

2-Resistive Magnetler: Sarmal bir telden geçirilen elektrik akımı sonunda manyetik alan

oluşturan mıknatıs şeklidir. Dolayısıyla bunlara elektromagnet adı da

verilmektedir.Ayrıca bu tür magnetleri demir  çekirdekli ve hava  çekirdekli olmak

üzerede ikiye  ayırmaktayız.Demir çekirdekli yapılar içlerinde C ve H atomlarını ve de

demir bir blok  içermektedir. Bu demir bloğun çevresi genellike bakır bir telle

sarılmıştır.Hava çekirdekli magnetlerin içerisinde ise metal  blok bulunmamaktadır ve

iletken teller boşluğa sarılı şekildedir. Bu tür magnetlerin manyetik alan üretmesi için

sürekli bir elektrik akımına ihtiyaç vardır, dolayısıyla  elektrik enerjisiyle çalışırlar.

Sürekli elektrik akımı magneti oluşturan tel sarmalının ısınmasına  neden

olduğundan  sistemin sağlıklı çalışabilmesi için  bir de elektromanyetin soğutulması

gerekmektedir.Permanent magnetlerle karşılaştırıldıklarında  elektromanyetler daha

yüksek  magnetik alan  üretebilirler. Ancak bunları çok yüksek  manyetik alan üretmekte

kullanmak  akılcı bir yaklaşım değildir, çünkü oluşan ısıyı gidermek büyük sorunlar

yaratmaktadır. Bu magnetin kullanıldığı cihazlarda  yerleştirilen madde manyetik alana

paralel olarak yerleştirilmelidir.

 

23

3-Superconductive Magnetler: Superconductive  magnetler  bugün için dünyada en

yaygın olarak kullanılan magnetlerdir. Çünkü superconductive  magnetler ile diğer

magnet tiplerinden daha güçlü manyetik alan elde edilebilmektedir. Bu magnetlerde

kullanılan akım taşıyıcılar  özel süper iletken metallerden yapılmıştır.Ancak bu süper

iletkenlerden sürekli elektrik akımı geçirecek olursak bunlarda iletken

özelliklerini  kaybederler.Bu nedenle etkin ve hızlı bir şekilde soğutulmaları

gerekmektedir.Bu amaçla Cryogen ‘ler (helyum,nitrojen) kullanılır.Süper iletken

magnetler mükemmel bir manyetik alan homojenitesine  sahiptirler  ve oldukça yüksek

manyetik alanlar üretebilirler.En önemli dezavantajları  ise  çok  pahalı

soğutma  elementleri (cryogen) kullanılmasına  ihtiyaç duymalarıdır. Bu tür magnetlerde

de  resistive magnetlerde olduğu gibi yerleştirilen madde cihaza paralel olmalıdır.

 

3.2.4. MR Cihazında kullanılan RF Bobinler

MR görüntüleme de kullandığımız RF pulse’un  verilmesinde  ve uyarilmış protonlardan

gelecek olan sinyallerin kaydedilmesinde RF coil adını verdiğimiz sistemler

kullanılmaktadır. Bunlar amaca yönelik çeşitli özellik ve tiplerde olabilmektedirler.

 

1-Volüm Coiller: Bu coiller  bütün MR cihazlarında mevcuttur. Bunlar vücudu

çepeçevre sararlar. Vücut  coili MR cihazının sabit bir parçasıdır.

Geniş  vücut  bölgelerinin görüntülenmesinde bu coil kullanılmaktadır.

 

2-Shim Coiller: Bunlar superconductive, rezistiv  magnetlerde ana magnetin iç kısmında

bulunmaktadır. Bunlar özellikle  elektro  magnetlerin homojen bir manyetik  alan

üretmesini sağlamak amacıyla kullanılan elektrik ve mekanik düzeneklerdir.Eğer hastaya

uyguladığımız güçlü  manyetik alan homojen olmaz ise çıkacak olan kesitte uzaysal

lokalizasyonlarda hatalar olacaktır.

 

3-Gradient Coiller: Bunlar  sabit manyetik alanda sistematik biçimde  manyetik alan

gücünü değiştiren  ve bu amaçla lineer magnetik alan üreten sistemlerdir. Kullanım

amaçları MR tetkikinde incelenecek olan kesit bölgesini tespit  etmektir.Uzaysal

24

boşlukta  3 düzlem (transvers, sagital, koronal)  bulunduğu için  gradient coillerde bu 3

düzlem yönünde 3 takımdan oluşur.

 

4-Yüzey  Coiller: Bunlar  doğrudan dogruya  incelenecek vücut bölgesi

üzerine  konularak  kullanılan coillerdir. Bu  coiller sadece  sinyal  kaydedici olarak işlev

görürler. Bu nedenle bunların kullanıldığı durumlarda  RF darbesi vücut  bobini

tarafından  gönderilir.

 

3.2.5. MRG’nin Temel Fiziği

MRG’nin fizik prensiplerini öğrenebilmek için  öncelikli olarak  temel fiziğini

basitçe   öğrenmemiz gerekmektedir. Atom çekirdeğinin temel yapısını , proton ve nötron

adı verilen nükleonlar oluşturmaktadır. Proton ve nötronlar kendi eksenleri etrafında

devamlı olarak bir dönüş hareketi göstermektedir.Bu dönüş hareketine spin hareket adı

verilmektedir. Bu dönüş hareketi sayesinde nükleonlar, çevrelerinde doğal bir manyetik

alan yaratırlar. Eğer çekirdekte iki nükleon birden varsa  bunlar birbirlerinin spin

hareketlerini yok ederler ve buna bağlı olarakta doğal manyetizasyon olmaz. Bu nedenle

sadece tek sayıda nükleonu bulunan çekirdeklerde doğal manyatizasyon ya da bir başka

deyişle manyetik dipol hareketi bulunmaktadır. İşte rezonans etkisini oluşturulmasında

altta yatan  temel kavram budur. MRG’de sinyal kaynağı olarak manyetik dipol

hareketine sahip yani  proton ve nötron sayıları çift ve eşit olmayan çekirdeklerden

yaralanılır. Bu özelliğe sahip hidrojen, karbon, sodyum ve fosfor atomları

doğada  bulunmaktadır. Bunlardan hidrojen atomu  tek bir protondan ibaret çekirdek

yapısı ile en güçlü manyetik dipol hareketine sahip  olması, su ve yağda daha yoğun

olmak üzere biyolojik dokularda yaygın olarak bulunması nedenleri ile MRG’ de sinyal

kaynağı olarak tercih edilmektedir. Normalde dokular içinde rastlantısal olarak dağılmış

ve net manyetizasyonu O olan H çekirdeklerinin dipolleri, güçlü bir manyetik alan içine 

yerleştirildiklerinde, manyetik alana paralel ve antiparalel şekilde dizilirler. Manyetik

alana paralel dizilim gösteren protonların sayısı, antiparalel dizilim gösterenlere göre

biraz daha fazla olduğundan manyetik alana paralel net bir vektörel manyetizasyon

ortaya çıkar. Protonlar manyetik alanda paralel ve antiparalel şekilde dizilirken; bir

25

yandan kendi etraflarındaki spin hareketini sürdürür, bir yandanda içine yerleştirdikleri

manyetik alanın gücü ile orantılı olarak değişen salınım hareketi gösterirler. Bu hareket

bir topacın hem kendi ekseni etrafında hemde vetöriyel aks etrafında dönüş hareketi

gösterirler. Yani dış manyetik alan gücü ne kadar  yüksekse protonların  salınım hızı  da

o kadar  o oranda yüksek olacaktır. Precession hareketi ana manyetik alan gücüyle ilişki

olarak lormor frekansı adı verilen bir frekansta gerçekleşir.

3.3. Malzemelerin Yüksek Gerilime Dayanıklılık Testleri ve Tesla Bobininin

Kullanımı

Günümüzde havai hatlarda elektrik enerjisi taşımak için yüksek gerilim düşük akım

değerlerine ihtiyaç vardır. Bu değerler de belirli transformatörler aracılığı ile yükseltilip

iletilir. Ayrıca bu yüksek gerilimi ileten kabloların kaplamasında kullanılan yalıtkan

malzemelerin, kilovoltlar mertebesindeki yüksek gerilimlere karşı dayanaklılık

sınırlarının tespit edilmesi gerekir. İşte bu noktada ise Tesla bobininin kullanılması bu tür

çalışmalar için son derece uygundur. Bu tasarım hem özel bir yüksek gerilim

transformatörü, hem de dayanıklılık testlerinde istenilen voltaj değerlerine çıkabilecek bir

test devresi elemanıdır. Bu konuda yayınlanmış bir çalışmadan detayları vereceğiz.

3.3.1. Test Gerilimlerinin Üretilmesi

Elektrik mühendisliğinde ve uygulamalı fizikte çeşitli uygulamalar için yüksek gerilimler

kullanılır. Örnek olarak, elektron mikroskoplarında ve X ışınlarının üretilmesinde 100 kV

veya daha yüksek gerilimlere gereksinim vardır. Elektrostatik filtrelerde, nükleer fizikte

parçacıkların hızlandırılmasında ve benzeri alanlarda birkaç yüz kilovolt ve hatta

megavolt mertebelerinde yüksek doğru gerilimler kullanılır. Megavolt mertebesindeki

yüksek alternatif gerilimler çok yüksek gerilimle (400kV ve daha yüksek gerilimlerle)

iletim yapılan şebeke donanımlarının deneylerinde kullanılır. Darbe gerilimleri, güç

sistemlerinde oluşan bağlama ve yıldırım aşırı gerilimlerinin benzetiminde kullanılır.

Ayrıca, yüksek alternatif gerilimler, yüksek gerilim donanımlarının yalıtım ve dayanma

deneylerinde yaygın olarak kullanılır. Bu nedenle yüksek gerilim laboratuvarlarında

deney amaçları için yüksek gerilimlerin üretilmesi zorunludur. Yüksek gerilim

26

laboratuvarlarında deney amacıyla yaygın olarak kullanılan deney gerilimlerini üç gruba

ayırabiliriz.

Yüksek Alternatif Gerilimler: Yüksek gerilim laboratuvarlarında alternatif gerilimler

gerek alternatif gerilimle yapılan deneylerde ve gerekse doğru ve darbe gerilimlerin

üretilmesinde kullanılır. Alternatif deney gerilimi, frekansı genellikle 40 ile 62 Hz

arasında olan bir alternatif gerilim olmalıdır.

Yüksek Doğru Gerilimler: Yüksek gerilim laboratuvarlarında yüksek doğru gerilimler,

kondansatör veya kablo gibi kapasitesi büyük olan aygıtların deneylerinde veya fiziksel

incelemelerde kullanılır. Ayrıca tıbbi elektrik (röntgen tesisleri) ve elektrostatik baca

gazı filtresi, püskürtme boya tesisleri gibi çeşitli teknik uygulamalarda da yüksek doğru

gerilimler kullanım alanı bulur. Bizim çalışmamızda da yüksek doğru gerilimin,

yalıtkan malzeme üzerindeki etkisini incelemek için kullanılmıştır. Doğru gerilim

genellikle doğrultuculardan, bazı durumlarda ise elektrostatik üreteçlerden elde edilir.

Yüksek gerilim laboratuvarlarında deney cismine uygulanan deney gerilimi, dalgalılık

katsayısı yani gerilimin en büyük ve en küçük değerleri arasındaki farkın yarısının

gerilimin ortalama değerine oranı %5’i geçmeyen bir doğru gerilim olmalıdır.

Darbe Gerilimleri: İç ve dış aşırı gerilimlerdeki zorlanmaları incelemek ve delinme

olayı ile ilgili temel araştırmaları yapabilmek için yüksek darbe gerilimlerine

gereksinim vardır. İletim sisteminde kullanılan yalıtkanın (ve diğer kullanılan

elemanların) anahtarlama veya ani boşalmalar (arıza durumları, yıldırım düşmesi vb.)

karşısında gösterdiği davranışları görmek amacıyla kullanılır. Darbe gerilimleri,

genellikle yüksek gerilim kondansatörlerinin dirençler ve kondansatörler üzerinden,

çoğu kez çok katlı devreler üzerinden boşalması sırasında üretilir.

Yüksek gerilim testi geliştirilmiş yalıtım malzemelerinin dielektrik niteliklerinin

kesinleştirildiği son adımdır. Benzer şekilde komple yüksek gerilim sistemi veya

cihazının güvenirliliği ve performansı test edilir.

AC 220V

C RL

D1 D2

D3 D4

27

3.3.2. Test Düzeneğinin Devre Şeması

Hazırlanan polyester örneklerin deliniminde kullanılacak olan devre şeması şekil 3.5.

(a) da görülmektedir. Bu devre hazırlanırken tam dalga doğrultucu kullanılmıştır.

Bunun nedeni dalgalılığın % 5 den az olmasının istenmesidir. Doğrultma devresinin

girişine gelen alternatif gerilim, çevirme oranı 1:200 olan tek fazlı yağlı tip trafodan

sağlanmaktadır. Kullanılan trafonun tek fazlı olmasından dolayı köprü tipi tam dalga

doğrultucu kullanılmıştır. Şemadaki diyotların, kondansatörün ve direncin yapımı bir

sonraki başlıkta ele alınmıştır.

(a) Tam dalga köprü tipi doğrultucu devre

(b) Deney seti şeması

Şekil 3.5. Doğrultucu devre ve deney seti

TrafoŞebeke gerilimi

Tam dalga DC gerilim üreteç devresi

Varyak

Örnek

28

Şekil 2.11. (b)’ de deney seti şemasında görülen varyak şebeke gerilimini % 0 ile % 100

arasında ayarlamamızı sağlamaktadır. Böylece şebeke gerilimi, yüksek gerilim

devresine kontrollü olarak çeşitli değerlerde verilebilmektedir.[6]

29

4. SONUÇ

Tesla üretecinin çıkış gerilimi, 50 kV’luk bir yüksek gerilim voltmetresi ile

ölçülmüştür. Güç katı giriş gerilimi 100 V civarında iken Tesla üretecinin

rezonanstaki çıkış gerilimi 18,5 kV seviyelerine çıkabilmektedir. Şekil 4.1.’da Tesla

üreteci rezonansta iken gözlemlenmiş sinyaller görülmektedir. Şekil 9’da kare dalga,

sinyal üretme katının çıkışını; sinüs dalgası ise geri besleme frekansını

göstermektedir.

Şekil 4.1. Rezonansta geri besleme ve sürme sinyalleri

Yarı-iletken tetiklemeli Tesla bobinlerinin en büyük avantajı çalışma frekanslarının

değiştirilebilmesidir. Tesla bobinlerinde ikincil kapasite çok fazla etmene bağlıdır ve

farklı ortamlarda, farklı noktalarda ve farklı şekillere sokulduğunda rahatlıkla

değiştirilebilirler. Klasik tipteki Tesla bobinlerinin aksine bu tip rezonans değişimi

30

durumlarında, yapının önemli elemanlarının değerlerini değiştirmeye gerek kalmadan

sadece sinyal üretecinin frekansını değiştirmek yeterlidir.

Tesla bobinlerinin en büyük sorunlardan biri verimlerinin düşük olmasıdır. Elektronik

elemanlar kullanılarak verimleri arttırılmış olsa da hala diğer sebeplerden dolayı

verimleri düşüktür. Yapılabilecek ayrıntılı çalışmalarla gücün büyük kısmının ikincil

bobine aktarılması için gerekli olan manyetik kuplaj değerinin arttırılması

sağlanabilir.

31

KAYNAKÇA

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_coil

2. http://demonte.blogcu.com/tesla-bobini/5456191

3. http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/tesla-bobininin-incelenmesi/4411#ad-

image-0

4. http://www.kontrolkalemi.com/forum/aydinlatma/20427-floresan-lambanin-calisma-

mantigi.html

5. Alptekin, E.Ö., Manyetik Rezonans Görüntüleme, 2004-2005 Güz Dönemi.

http://www.baskent.edu.tr/~bmeweb/20493123.htm

6. Kaytuoğlu, O., Erdoğan, L., Bayındır, O.G., Kaya, A.Y., DC Gerilim Üreteci

Kullanarak Yalıtkan Ömür Hesabı, İstanbul Üniversitesi, 2002.