DOC《对撞区,束流管和本底》

同时,由于束流管在BESIII的最里面,所以,必须考虑设计的可靠性和维修的方便性,当然,以可靠为主,因此,在结构优化设计时必须考虑在满足使用性能的基础上,尽可能地减少引出电缆和冷却水管. BEPCII的探测器本底 BEPCII工程中,探测器束流相关本底是难度比较大的问题之一.这个问题包括两个方面:一个是要确保探测器的辐射剂量在一定的范围内,以防止探测器损坏;

另一个是尽量减少探测器的本底,以保证实验数据受到的的干扰最小,物理结果可靠.表4.4-1列出了对撞区附近主要探测器的辐射剂量安全上限. 表4.4-1 主要探测器的辐射剂量安全上限 探测器 辐射剂量安全上限 主漂移室电子学

1000 rad/year 主漂移室丝

100 kHz 碘化铯 (CsI) 晶体

500 rad/year 本底来源有三种: 对撞区附近加速器磁铁产生的同步辐射光子 束流-气体非弹性轫致辐射 (bremsstrahlung),弹性库伦散射 (Coulomb scattering) 和束团内部带电粒子之间的弹性散射 (Touschek 效应) 造成的丢失粒子 注入引起的丢失粒子 (注入效率低于100%) 这些本底中的一部分可以用蒙特卡罗 (Monte Carlo) 程序可靠地模拟,其它的则只能根据两个B工厂的经验估计.目前国际主要用SRGEN产生同步辐射光子,SRSIM[2]和EGS[3]模拟光子与物质的相互作用,这里SRSIM和EGS类似,但EGS的功能更强.研究表明,SRSIM和EGS在30%以内符合.对于丢失粒子,一般用Decay Turtle[4]模拟粒子在储存环的输运,粒子与储存环内残余气体分子的相互作用 (非弹性轫致辐射和弹性库伦散射) 和束团内部带电粒子之间的弹性散射 (Touschek 效应),而基于GEANT3[5]的程序则用于模拟丢失粒子在 探测器响应. 下面介绍我们的初步模拟结果,进一步的研究还在进行. 同步辐射本底 简介 带电粒子在二极和四极磁铁中受到加速时,就会产生同步辐射.同步辐射光子沿着带电粒子的切向运动,总功率如下式: 其中,( 为带电粒子的偏转半径,d( 为偏转角. 同步光的光谱由特征能量表征: . 部分同步光子会不可避免地击中真空盒和挡板,产生散射或荧光,并最终穿过束流管进入探测器.在对撞区的设计中,我们让同步辐射光子能量尽可能地低,从而使它们可以安全地在对撞区被吸收.另一方面,束流管半径增大,进入探测器的同步辐射本底会显著减少.同时,同步辐射本底与束流尺寸密切相关,束流发射度小,同步辐射本底少. 为了减小束团不稳定性,BEPCII采用了多束团 (93) 设计以减少单束团的带电粒子数目.为了减小寄生穿越效应,束团在离开对撞点后应立即在水平方向分开,这通过偏心的超导四极磁铁 (Super-Conducting Quadrupole:SCQ)来实现.从表4.4-2 (加速器磁铁的主要参数)和图4.4-1 (对撞区布局和其中一个束流的同步辐射扇面) 可以看出,这个超导的四极磁铁会产生一定的同步辐射光子.从图中可以看出,这些同步辐射光主要击中对撞点下游的真空盒,所以,没有办法设置挡板以阻挡这些光子击中束流管. 表4.4-2 对撞区加速器磁铁的主要参数 磁铁 到对撞点 距离(m) 长度(m) K(m-2) 水平偏转半径(m) 竖直偏转半径(m) SCQ 1.096 0.407 -2.5787 Q1A 3.550 0.200 1.2450 Q1B 4.050 0.400 0.6550 Q2 5.552 0.500 -0.3732 Q3 9.553 0.500 -0.2376 Q4 12.554 0.400 0.6536 OWBL 13.520 0.9322 18.295

1030 我们使用三个程序-SRGEN,SRSIM和EGS来模拟同步辐射.SRGEN通过跟踪束流在磁铁元件中的竖直和水平运动轨道来计算作用在对撞区真空盒不同面上的同步辐射光谱和功率.SRSIM用于模拟全部的X射线散射,能量下限为1 KeV;