CEPC局部双环对撞区挡板系统设计及螺线管场补偿

Background is the most critical issue that limits the performance of circular Higgs factory(CEPC). Beamstrahlung is the problem which is never gotten into before in the existed electron positron collider of world history. It is one of the most important beam loss in CEPC 240GeV collision. For this problem, the project intends to develop a new Monte-Carlo sampling method based on formula to generate beamstrahlung events, study the influence it makes to detector, and design a new high-current collimator system to prevent the beamstrahlung background. Strong solenoid field of several tesla can make damage to accelerator beam of CEPC, this project will design an anti-solenoid system to compensate for the CEPC complex interaction region. This study will provide a solid foundation for the design and optimization of CEPC.

本底是制约环形Higgs工厂CEPC性能的最关键问题，束致辐射（Beamstrahlung）本底是历史上存在的正负电子对撞机中未出现过的问题，是CEPC 240GeV对撞能量下最主要的束损机制之一。本项目拟针对此关键问题，应用一种新的基于公式的蒙特卡洛抽样方法来产生束致辐射事例，研究其对于探测器的影响，设计一种针对CEPC超高束流能量的新的挡板系统来屏蔽。CEPC探测器几个特斯拉的强螺线管场的存在会对加速器束流产生危害，本项目将设计一种针对CEPC复杂对撞区的反螺线管系统来进行补偿。本研究工作将为未来环形Higgs工厂CEPC的设计与优化提供坚实的基础。

本项目是在2012年CERN宣布LHC的探测器上发现了希格斯玻色子、正负电子对撞机将会成为下一步的计划来补充强子对撞机的研究的背景下提出的，主要研究内容包括CEPC束致辐射本底及其对探测器的影响、相应的挡板系统的设计和探测器螺线管场补偿的研究。本研究编写了束致辐射的蒙特卡罗产生子程序，并用其得到的束致辐射事例进行束致辐射本底的模拟研究，得到了束致辐射丢失粒子在CEPC对撞区附近的分布，通过在上游弧区设计相应的挡板系统，使得其对探测器的影响降低到可以接受的水平。通过分析挡板系统可能引起的尾场与阻抗，模拟挡板系统对束流的影响，得到了挡板系统引起的阻抗很小的结果，对束流的影响可以忽略。通过模拟探测器螺线管场对加速器束流的影响，设计反螺线管进行补偿，模拟分析其对于加速器束流的影响，使得对加速器的影响降到极小的可以容忍的范围之内。本项目在世界上首次研究了束致辐射产生的本底，创建了束致辐射的蒙特卡罗产生子程序以及研究其对于探测器的影响，通过设计相应的挡板将束致辐射本底对探测器的影响降到可容忍范围之内；解决了CEPC探测器螺线管高磁场下对加速器束流的影响问题。本研究完善了CEPC加速器与探测器接口设计，对加速器与探测器的设计起到了推动作用，并为高强度螺线管场对束流影响提供了解决方案。