DOC《对撞区,束流管和本底》

其中包括光子与核外电子的弹性康普顿(Compton)散射,瑞利(Rayleigh)散射和K壳层及L壳层的辐射光吸收;

程序中对于小角度散射使用近似的权重,所以可以用来估计单次散射.EGS和SRSIM类似,除SRSIM的功能外,它还可以模拟同步辐射光子的探测器响应.图4.4-6为同步辐射模拟的基本过程. 图4.4-6 同步辐射模拟的基本过程 模拟结果 模拟中取束流能量为1.891 GeV,流强为1A.同步辐射光子主要来自于超导四极磁铁-SCQ,Q1A,Q1B,Q2,Q3,Q4和弱二极磁铁-OWBL. 图4.4-7为所有磁铁产生的同步辐射功率在对撞区真空盒表面的纵向 (Z向) 分布.对撞点为原点,正Z向与束流运动方向相反,水平方向指向环外侧为正,竖直方向指向上方为正.纵坐标为丢失在真空盒表面的功率.从图中可以看出,同步辐射功率主要击中对撞点下游,束流管上的功率有限. 表4.4-3为详细的每个真空盒面上的功率分布.击中束流管-Surf7的功率为0.808瓦,丢失在正负1.93米 (包括Surf6,Surf7,Surf9和Surf11)的总功率约为77瓦.同高次模功率相比,虽然这个功率较小,但由于同步辐射光子在垂直方向分布集中,因此,需要仔细设计冷却系统.同步辐射产生的探测器本底稍后介绍. 图4.4-7 所有磁铁产生的同步辐射功率的纵向分布 表4.4-3 真空盒不同面上的同步辐射功率 真空盒面名称 位置 (m) 总功率 (w) 功率密度 (w/mm) Surf0 4.5~3.0 2.7 0.002 Surf1 3.0~2.2 16.5 0.02 Surf2 2.2~2.0 20.9 0.3 Surf6 0.151~0.150 0.12 0.13 Surf7 (铍管) 0.150~-0.150 0.81 0.003 Surf9 -0.151~-0.7 32.5 0.12 Surf11 -0.8~-2.0 43.1 0.07 Surf14 -3.0~-4.5 46.5 0.06 模拟表明,打在不同面上的同步辐射功率,尤其是打在铍管上的功率会随着磁铁的安装精度,束流控制精度和束流性质的改变而急剧的改变.表4.4-4列出了击中铍管的同步辐射功率与磁铁的安装偏差,对撞点处束流位置偏移和对撞点处束流穿越角度偏移的关系.从表中可以看出,在最坏的磁铁安装偏差的情况下,击中铍管的功率从0.8 W增加到4.0 W,击中铍管的功率尤其对对撞点处束流的穿越角度敏感.当对撞点处束流穿越角度由11 mrad减到9 mrad(3.3(或约5.3)时,击中铍管的功率由正常的0.8 W增加到11.7 W,其中增加的主要部分来自弱二极磁铁(OWBL).因此,在运行过程中,我们需要控制对撞点处的束流穿越角度,以保证本底在可容忍的限度内. 表4.4-4 铍管上同步辐射功率与磁铁安装偏差,对撞点处束 流偏移和对撞点处束流穿越角度偏移的关系 磁铁偏移 (mm) 铍管上的功率 (w) SCQ +1 4.0 SCQ C1 0.06 Q1A +1 0.4 Q1A C1 2.5 Q1B +1 0.4 Q1B C1 2.6 束流偏移 (mm) 水平 +1 0.26 水平 -1 3.1 束流穿越角度偏移 (mrad) -2.0 11.7 -1.5 10.2 -1.0 7.8 -0.5 4.2 +0.5 0.04 +1.0 0.003 +1.5 0.02 打在铍管上的光子是尤其危险的.一方面,铍管由于物理上的需要而很薄,这就使得它很脆弱,有可能因为过量的同步辐射而产生机械损伤.另一方面,同步辐射光子可能会穿过铍管而在主漂移室内产生过量的本底.过高的主漂移室单丝记数率会产生严重的老化问题,甚至使寻迹变得不可能.图4.4-8为沿Z向击中铍管的每秒每0.6厘米的光子数.可喜的是,同步辐射光子沿Z向分布基本均匀.图4.4-9为直接击中铍管和透过铍管的光子能谱,包括SRSIM和EGS的模拟结果.从图中可以看出,对于能量大于9 KeV的光子,铍管吸收很少.镀10 (m金的束流管可以有效的减少同步辐射光子击中探测器,我们将采用镀金设计. 图4.4-8 铍管上光子的Z向分布 图4.4-9 直接入射到铍管上的光子能谱,透过铍管的光子能谱及透过镀金 (10 (m)铍管的光子能谱 (包括SRSIM和EGS的模拟结果) 部分光子会穿过镀金铍管进入主漂移室,与主漂移室内的气体发生光电效应被吸收,从而在信号丝上产生信号.图4.4-10为用EGS模拟的主漂移室内的同步辐射光子能谱,模拟中考虑了低能光子的小角度散射[3].单束流产生的进入主漂移室的总光子数为2*107 个/秒,其中,进入单个单元光子数最大值为4*106个/秒,这是同步辐射光子在垂直方向分布较为集中的结果,如图4.4-11.模拟结果表明主漂移室电子学的辐射剂量不超过 100rad/year,远低于辐射剂量安全上限. 主漂移室使用气体为60%He+40%C3H8,图4.4-12和图4.4-13分别为光子在0.4atm时穿过1厘米C3H8和在0.6atm时穿过1厘米He的透射率.假设每个被吸收的光子产生一个信号,则对于双束流,最大单丝计数率不超过20KHz (由图4.4-10到图4.4-13计算得到).镀20(m的金可以进一步使同步辐射本底降低10倍左右. 图4.4-10 穿过主漂移室内壁的光子能谱 图4.4-11 主漂移室第一层光子的 单元分布 图4.4-12 光子在C3H