[논문 리뷰] CEPC Conceptual Design Report: Volume 1 - Accelerator

The CEPC Study Group|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 02.

Spacecraft and Cryogenic Technologies인용 수 117

한 줄 요약

본 논문은 Circular Electron Positron Collider (CEPC)의 가속기 설계를 제시한다. CEPC는 Higgs, Z, W 공장 운전을 위해 최적화된 이중 링 충돌기와 100-km 지하 터널 프로젝트이며, 주변의 연구개발 및 건설 일정이 포함된다.

ABSTRACT

The Circular Electron Positron Collider (CEPC) is a large international scientific project initiated and hosted by China. It is located in a 100-km circumference underground tunnel. The accelerator complex consists of a linear accelerator (Linac), a damping ring (DR), the Booster, the Collider and several transport lines. In the tunnel, space is reserved for a future pp collider, SPPC. The CEPC center-of-mass energy is 240 GeV, and at that collision energy will serve as a Higgs factory. The design also allows operation at 91 GeV for a Z factory and at 160 GeV for a W factory. The heart of the CEPC is a double-ring collider. It has two interaction points where are located large detectors. The Booster is in the same tunnel above the Collider. It is a synchrotron with a 10 GeV injection energy and extraction energy equal to the beam collision energy. The repetition cycle is 10 seconds. Top-up injection will be used to maintain constant luminosity. The 10 GeV Linac, injector to the Booster, built at ground level, accelerates both electrons and positrons. A 1.1 GeV damping ring reduces the positron emittance. Transport lines made of permanent magnets connect the Linac to the Booster. In addition to particle physics, the Collider can operate simultaneously as a powerful synchrotron radiation (SR) light source. It will extend the usable SR spectrum into an unprecedented energy and brightness range. Two gamma-ray beamlines are included in the design. Prior to the construction will be a five-year R&D period (2018-2022). Construction is expected to start in ~2022 and be completed in ~2030. This report is a summary of work accomplished during the past several years by hundreds of scientists and engineers at home and abroad. The current volume, Volume I, is on the accelerators. A separate volume, Volume II, will be on physics and the detectors.

연구 동기 및 목표

• 중국에서 주최되는 100-km CEPC 가속기 복합체를 건설하기 위한 국제적 대형 프로젝트를 추진한다.
• Linac, damping ring, Booster, collider, 그리고 향후 SPPC 터널 수용을 포함한 가속기 배치를 설명한다.
• Higgs 공장 운전 240 GeV 및 Z 및 W 공장 모드의 에너지 목표와 암흑도 목표를 정의한다.
• Top-up 주입 및 SR-라이트 소스 기능을 포함한 건설 및 운영 계획을 설명한다.

제안 방법

• Linac, damping ring, Booster, collider, transport lines의 기능과 가속기 구성 요소의 순서를 설명한다.
• 수송선에서의 영구 자석 사용과 Top-up 주입의 10 Hz–10 s 반복 주기를 설명한다.
• 감마선 빔라인을 포함한 동시 사용 가능한 싱크로트론 빛원으로의 가능성을 개략한다.
• 2018–2022년의 5년 간 연구개발 기간과 약 2022년 시작, 약 2030년 완공의 건설 예측을 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CEPC의 제안된 가속기 배치와 구성 요소는 무엇인가?
• RQ2 Higgs, Z, W 공장 모드의 에너지 작동 지점 및 라미네시 전략은 무엇인가?
• RQ3 CEPC가 Top-up 주입을 어떻게 수용하고 SR-라이트 소스 기능을 어떻게 서비스하는가?
• RQ4 연구개발에서 건설 및 시운용으로의 계획된 개발 일정은 무엇인가?
• RQ5 미래의 SPPC를 위한 터널 공간이 CEPC 설계에 어떻게 통합되는가?

주요 결과

• CEPC는 대형 검출기 두 개의 상호 작용 지점을 갖는 이중 링 충돌기로 구상된다.
• 질량 중심 에너지는 Higgs 공장 운전을 위해 240 GeV; Z 공장에 대해 91 GeV; W 공장에 대해 160 GeV를 목표로 한다.
• 0.1의 10 GeV 주입기 Linac은 Booster로 공급하며, Booster에서 입자는 collider로 향하고 10초의 반복 주기로 Top-up 주입을 수행한다.
• 0.01의 1.1 GeV 감마 링은 주입 전 양전자 에미턴스를 감소시킨다.
• 수송선은 영구 자석으로 구성되고 미래의 양자-양성자 충돌기(SPPC)를 위한 터널 공간을 확보한다.
• 충돌기는 고에너지 물리학 기계로 작동할 수 있을 뿐 아니라 두 개의 감마선 빔라인을 포함한 강력한 싱크로트론 방사선 빛원으로도 작동한다.