超级质子-质子对撞机中束流热屏模型的热力学性能分析

束流热屏是高能对撞机的关键部件之一,用于转移管道内同步辐射、镜像电流和电子云引起的热负载,并通过在束流热屏壁面上的排气孔将管道内气体从管道内吸附到真空室壁,保证管道内的真空度。在低温条件下,束流热屏排气孔面积等参数的确定及不同工作温度下束流热屏的真空性能和传热性能优化是束流热屏结构设计的关键问题,也是新一代粒子加速器真空系统设计的难点之一。本文基于ANSYS模拟结果,在确保束流热屏良好传热性能的同时,优化束流热屏的排气孔面积等结构参数,提高束流热屏的排气能力,最终为超级质子-质子对撞机粒子束流的运行提供良好的真空环境。

超级质子-质子对撞机束屏内气体密度演化规律研究

真空稳定性问题是粒子加速器设计中的关键问题之一,对高能量的超级质子-质子对撞机而言更是如此.质子束流在弯转区产生的同步辐射将会引起束屏壁面吸附的气体分子发生解吸和裂解,从而引发真空不稳定问题,导致束流品质和寿命的降低,甚至引起束流的崩溃.本文通过建立超级质子-质子对撞机束屏内的气体动态模型,首次计算分析了束屏内气体密度随束流运行时间的演化规律,并探究了将非蒸散型吸气剂涂层应用于束屏设计的优化方案.结果表明:H_(2)是束屏内的主要解吸气体,其次是CO,而CO_(2)和CH_(4)分子密度被分子裂解所限制.束屏内最高气体密度出现在运行初期,气体密度随时间呈下降趋势.考虑到非蒸散型吸气剂涂层具有强化吸附降低解吸的特性,讨论了不锈钢镀TiZrV涂层的束屏方案,计算得到最高等效H_2密度相比不锈钢镀铜降低接近两个数量级.计算结果定性地反映束流运行过程中束屏内的动态真空演化情况,可为真空系统设计提供参考.

正对撞束束补偿的理论和模拟研究

束束效应是限制对撞机性能提高的重要因素,其限制作用可以通过补偿机制来改善。针对正对撞束束效应,提出两种实现束束补偿的对撞机结构,并对实现束束补偿的原理和需要满足的条件进行分析。提出利用能量回收型直线加速器产生的电子束流进行正对撞束束补偿的方案,并且基于超级质子质子对撞机进行模拟研究,研究了补偿前后束流粒子分布、频移和粒子损失等变化情况。束束补偿可以减小束团内部粒子的频散,减小束流损失,提高束流寿命,可以大幅提高单束团流强,从而提高对撞机亮度。