BEPC 电子直线加速器束流线改进与e, π 试验束.docVIP

BEPC电子直线加速器束流线改进 和e、π试验束* 李家才1;） 吴元明1 崔象宗1 张良生1 周宝庆1 刘正全1 张少平1 刘士兴2 孙长春1 沈 激2 阴泽杰2 张永明2 陈子瑜2 张竹湘1 张彩娣1 郑林生1 1（中国科学院高能物理所实验物理中心 北京 100039） 2（中国科学技术大学近代物理系 合肥 230027） 摘要 在BEPC电子直线加速器上建立起了E1,E2,E3试验束，其中E1初级束专门提供给强流慢正电子装置应用，E2束是初级正/负电子束，E3为次级高能e±, π±和质子等单粒子试验束，其动量连续可调。粒子定位误差0.2-0.4毫米，混合负粒子计数率3-4赫兹。已成功地为BESⅢ 的TOF探测器模型测试提供试验束流。 关键词 试验束 试验束流线 刻度 单粒子 1 引言 世界各主要高能物理实验室，在高能加速器上都建有若干条试验束（试验束流），用于检验探测器模型或研究其性能，检验加速器部件或试验束流输运方法等。试验束的建造，是对加速器束流资源的充分利用，同时也促进了加速器应用水平和运行效率的提高。其应用向各实验室开放，以提高试验束的利用率。20世纪80年代，中科院高能所建造BEPC/BES（北京正负电子对撞机/北京谱仪），当时国内没有合适的试验束，BES上一些子探测器模型的束流试验要利用日本KEK（高能加速器研究组织）的试验束来做[1,2]。BES即将升级为BESⅢ，急需试验束对其子探测器模型做试验。BEPC及其电子直线加速器(LINAC)的长期稳定运行也提供了有利条件。为此，在BEPC的电子直线加速器上改建和新建起了具有多种用途的3条束流线，并已提供应用。其中次级高能e±，π±单粒子试验束流线（E3线），主要的性能指标达到设计要求，并满足了BESIII飞行时间探测器的束流试验要求。 2 E1,E2和E3试验束流线 KEK有些试验束线通过在储存环真空管道内设置内靶,并利用边缘束打靶)产生试验粒子束，这样做的一个好处是可以很好解决次级粒子多重数问题，也可获得较高的计数率。基于我们加速器现有的条件，考虑从电子直线加速器末端引出电子束流打靶的办法来建立试验束。这种办法简单易行,但是因为直线加速器束流重复频率低(目前12.5pps),而且低能电子和光子的本底很大)，所以，压低本底和提高计数率是试验束工程和技术面临的关键问题。 为了充分利用大厅空间，开辟多条应用束流线，所以，在BEPC电子直线加速器末端对原电子束流线进行了改造，原电子束流线分叉成为E1和E2 两条初级束流线，这样可扩展初级电子和正电子束流的应用空间。新增加的E2束流线平行于实验厅东墙。E2电子束线末端设置次级粒子产生靶，靶往后为E3次级束流线，即高能e±，π±单粒子束流线。打靶产生多种宽能谱的次级粒子，利用四极磁铁LQ1,LQ2收集从15度‘产生角’出射的带电粒子。偏转磁铁D1,D2与狭缝一起选择所需电荷（正电荷粒子或负电荷粒子）和所需动量的粒子，动量连续可调。具体的试验束流线布置如图1。 图1 实验厅的屏蔽结构和束流线布置示意图 2.1 E1电子束流线 原有的电子束流线[3]，是由BEPC直线加速器末端经2块二极磁铁偏转22度，沿相应的束流输运系统进入实验大厅。对这条束流输运线进行的改造，主要是Q3下游插入2块偏转磁铁B2和B3。所以原有Q3和Q4分别向上下游移动，间距增加到557厘米，以便插入B2和B3。同时Q5向下游移动1.5米，便于延长打靶距离。这样电子束线由原来的20.82米长增加到22.32米。这样的结构安排仍然是漂移传输，并保留了束流线末端透镜组的基本聚焦性能。该线的束流垃圾桶（DUMP，0.5×0.5×0.2立方米铁块）安装在离E1束流出口3米远的水泥墙中。目前这条E1电子束线已专用于核分析实验室的慢正电子装置。 根据束流线改造对束流输运线结构空间的要求，在保证束流的基本输运和聚焦性能情况下，确定了E1线的改造方案和磁铁的空间位置。按已限定的元件排布结构做束流输运元件参数和束流输运性能的计算)，计算结果表明，在Q5出口处的束流截面近似为2.5×0.6cm2的长椭圆，作用靶（慢正电子产生靶）上入口束流截面近似1×1cm2，以及束流能散为0.8%,满足了使用要求。束流线结构和束流包络如图2。具体参数是：AM3:7028.1Gs; B1:7028.1Gs; Q1:550; Q2:-400; Q3:155.5; Q4:-240; Q5:354.3（参数对应能量E=1.1GeV，Q铁场强单位Gs/cm） 图 2 E1初级束线结构和束流包络 图3 E2束流线结构和束流包络 2.2 E2束流线 E1线上的Q3下游插入2块偏转磁铁B2和B3, 在束流已偏转22度