44对撞区、束流管和本底-BES.DOC

对撞区，束流管和本底 对撞区和束流管 对撞区的设计受到多种因素的制约，探测器，束流管，磁铁，束流监视器，真空泵，挡板(Mask)和机械支撑结构等都需要安装在这个有限的空间里，同时还要保证由束流引起的探测器本底最小。 对撞区的磁铁结构设计已基本完成，图4.4-1为对撞区设计的示意图，其中包括所有的加速器磁铁，及其中一个束流的同步辐射扇面。详细的本底计算将在以下章节中讨论。 图4.4-1 对撞区布局和其中一个束流的同步辐射扇面 图.4-2为束流管周围对撞区局部的整体方案图。整个束流管长1000mm，其中铍管长300mm，每端各350mm的外延束流管，两端不锈钢CF法兰的厚度14mm，直径φ114mm，法兰与超导Q铁出口处加速器真空盒的不锈钢CF法兰相连接，整个束流管的内径为φ63mm。在加速器超导磁铁和主漂移室内桶之间，设计了厚度为20mm钨环挡板，主要用于屏蔽束流本底，保护探测器。 图.4-2 束流管附近对撞区局部放大图 中心束流管设计应尽量减少材料总厚度，使对信号粒子的多次散射最小，提高对粒子的动量分辨率。同时中心束流管必须有足够冷却，将同步辐射、损失粒子和次级粒子散射以及高频腔高次模对中心束流管产生的热量带走，保持中心束流管工作温度在20-30?C，.4-3为铍管的详细结构图，选择铍作为中心束流管是减少物质层厚度，使多次散射对粒子动量测量造成的影响最小。 图4.4-3 中心铍管的详细结构 中心铍管分两层，分别与过渡铝腔和铜管焊接，中间形成一个均匀的冷却腔，过渡铝腔的管路可设计成两进两出或一进一出；内铍管内径φ63mm，厚度0.8mm；外铍管厚度0.5mm，直径取决于内外铍管的间隙。目前初步设计为冷却管路一进一出，内外铍管间隙3mm，上述结构、参数是在带走100W热功率和用氦气冷却的情况下计算所得。在今后的结构优化设计中，要考虑异常情况和加大安全系数，对结构、参数和冷却介质要做最优调整。内外铍管两端和过渡铝腔可用电子束或激光焊接；另外，在内铍管的最外两端可用钎焊或电子束焊接一段铜管，使中心铍管和外延束流铜管焊接时不用钎焊。铍管可用粉末冶金成型，但必须经过机械精加工，以保证公差和表面粗糙度要求，尤其是内铍管的内表面，表面粗糙度应达到0.8μm以上，这样才能保证在其内表面可靠的镀金，镀金层厚度应在10μm以上。 图.4-4为外延束流管的详细结构图。外延束流管采用铜管或镀铜铝管是为了减少因同步辐射产生的散射光子。 外延束流管采用两侧带耳朵的、内径φ63mm、壁厚1.5mm的铜管作为内环和两个壁厚为1.5mm的半铜环相焊接，间隙均为1.5mm，形成上下两个冷却腔，分别连接一个管接头，作为一进一出的冷却循环通道。铜管一端与镀镍的CF法兰焊接，另一端与铍中心束流管的过渡铜管相焊，形成整个中心束流管。 图.4-4 外延束流管的详细结构 图.4-5为中心束流管的支撑结构示意图。为了保证中心束流管的冷却水、气管及信号线和加速器BPM电缆及冷却水管能够从对撞区的狭小空间钻出去，同时保证有足够的安装、调整空间，为此，设计了通孔内径φ118mm、厚15mm的圆环，外带类似自行车辐条的三个伸展臂，与漂移室外环厚20mm的铝环相连，再通过三个调整螺钉对中心束流管进行对心调整和轴向定位。 图.4-5 中心束流管的BESIII谱仪中心，纵深长，内部回转空间小，调整结构的设计应简单为主，以易于安装为目的；同时，由于束流管在BESIII 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.4-1列出了主要探测器的辐射剂量安全上限。 .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 (注入效率低于100％) (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]EGS[3]模拟光子与物质的相互作用，这里SRSIM和EGSEGS的功能更强。研究表明，SRSIM和EGS在30％Decay Turtle[4]模拟粒(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