[论文解读] New projects of crystal extraction at IHEP 70-GeV accelerator

A. G. Afonin, V.M. Biryukov+9 more|ArXiv.org|Nov 8, 2001

Crystallography and Radiation Phenomena参考文献 2被引用 5

一句话总结

该论文在IHEP 70 GeV加速器上使用5毫米弯曲硅晶体，通过粒子在晶体中的多次相互作用，实现了60%的提取效率。同时，首次提供了晶体辅助准直的实验验证，通过将边缘粒子偏转至次级吸收体，使辐射水平降低了两倍。

ABSTRACT

Using channeling in a 5-mm crystal with bending angle of 0.65 mrad, a record high efficiency, over 60%, of particle extraction from accelerator was achieved. The extracted beam intensity was up to 5.2*10^11 protons per spill of 0.5 s duration. Also, the first proof-of-principle experiment on 'crystal collimation' was performed where crystal - serving as a scraper - has reduced the radiation level in the accelerator by a factor of two. The measurements agree with Monte Carlo predictions.

研究动机与目标

• 利用弯曲硅晶体在IHEP加速器中实现70 GeV质子的高效率慢提取。
• 研究利用晶体取向效应作为主动准直方法以减少束流晕辐射的可行性。
• 验证短晶体中多程取向机制在提高提取效率方面的有效性。
• 在真实加速器环境中展示弯曲晶体的实际应用，并获得可重复的结果。

提出的方法

• 采用长度为5毫米、弯曲角为0.65 mrad的硅晶体（Si(110)）通过晶体晶格中的取向效应偏转质子。
• 利用光电倍增管和闪烁体组成的反馈系统，稳定束流轨道并保持晶体上束流强度的一致性。
• 采用束流诊断设备，包括损失监测器、剖面仪和电视系统，测量束流强度、束流剖面和提取效率。
• 通过将晶体置于次级准直器（FEP）上游，实现晶体准直：经3圈后将取向粒子偏转至吸收体。
• 进行蒙特卡罗模拟，以预测并验证提取效率和束流分布。
• 在环的三个位置测量辐射水平，以量化晶体辅助准直带来的降低效果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实加速器环境中，弯曲硅晶体能否实现超过60%的提取效率？
• RQ2 短晶体中的多程取向效应在多大程度上提升了束流提取效率？
• RQ3 弯曲晶体能否作为有效的主动准直器，以降低加速器中的辐射水平？
• RQ4 晶体的角对准如何影响束流提取效率和辐射抑制效果？
• RQ5 实验测量结果与蒙特卡罗模拟在晶体基束流提取和准直方面的吻合度如何？

主要发现

• 实验实现了峰值提取效率60–70%，当90%的束流被导向晶体时，平均束流提取效率超过60%。
• 最高提取束流强度达到5.2 × 10¹¹质子/束流，对应入射至晶体的质子数为1.15 × 10¹²。
• 晶体辅助准直在晶体最优取向时，使辐射水平降低了约两倍。
• 对于束流平均值，实测提取效率与蒙特卡罗模拟结果的误差在5%以内。
• 晶体在多次运行中保持稳定性能，重复性达1%，表明其运行可靠且可预测。
• 研究证实，通过短晶体的多次相互作用可显著提升取向效率，从而在实践中验证了多程机制的有效性。