MACE讨论

Asia/Shanghai
Description

本次讨论议题:

  • 束流正电子本底估计结果与束流脉冲宽度要求;
  • 束流正电子的时间分布;
  • 螺线管设计方案更新,静电加速器初步设计方案;
  • 事例显示器开发,数据的导入与可视化方案。

蔡汉杰、陈思远、陈炜镔、陈旭荣、鲁桂昊、妙晗、吴琛、熊伟志、赵诗涵、张志绿(蔡汉杰老师的学生)参与了此次讨论。

会议纪要:

MACE总体研发进度:

  • 总体研究进展顺利,现已有缪子素靶的设计和精细化模拟(赵诗涵), 漂移室及漂移室外围触发计数器已有初步设计方案(程炜镔、赵诗涵),MCP已有精细模拟结果并已开发了相应模拟框架(妙晗、闫保军),量能器已有详细概念设计方案(陈思远、赵诗涵、熊伟志),输运螺线管和加速器已有基准设计(鲁桂昊、赵诗涵)。年初制定的春季研究计划基本完成。
  • CDR的起草尚未正式开始,后续需继续努力总结成果。
  • “多少事,从来急;天地转,光阴迫。一万年太久,只争朝夕。”

事例显示器开发:

  • 熊伟志老师:现在已经实现了将事例显示器同时链接到Unreal引擎和ROOT,但现在还存在一些问题,ROOT的部分include不能找到。后续计划解决这一问题后继续开发。

MACE对缪子束流需求:

  • 赵诗涵主要汇报了MACE几何的近期更新,并大致总结了对束流指标的需求,详见PPT。主要指标需求为:束斑高斯束腰宽度\sigma_r=5mm,动量散布\sigma_p/p=2.5%,重复频率50kHz(周期20us),占空比7.5%左右(脉宽1.5us),流强10^8/s。
  • 随后赵诗涵和蔡汉杰深入讨论了MACE对束流指标的设计需求。蔡老师首先指出CiADS缪子源可达到10^9/s流强,但相空间分布比MACE需求相比更大。
  • 赵诗涵和蔡老师随后讨论了束流的时间特性。讨论结果如下:对于50kHz的重复频率,蔡老师表示最直接的方案是令上游质子束流具有相同的时间结构,打靶产生缪子会自然具有这一结构;但这会使得MACE需要独占整个缪源(不确定;未记录蔡老师原话,但意思可能是其余两个终端不能正常工作?)。蔡老师询问MACE需要多长的采数时间。答曰一年左右。
  • 若考虑MACE的全部限制,即考虑相空间限制、束流时间结构的设计、以及流强需求,蔡老师表示使用第一期300kW束流功率想要达成比较困难,后续二期升级到3MW功率则可达到。
  • 随后蔡老师询问MACE是否可以工作在连续波(CW)束流模式下。这样带来的好处是不必再专门设计束流的时间结构,流强也会相应提升。赵诗涵表示虽在原理上可行,但会影响实验的灵敏度,因为工作在连续波模式下无法通过开时间窗口有效压制束流正电子带来的本底。按目前研究结果,MACE可达到10^-13灵敏度,有望冲击10^-14,束流总时间是一个限制因素;若使用CW束流,本底可能成为主要制约因素,可能灵敏度最终只能达到10^-13。
  • 蔡老师还询问正在预研的上海SHINE缪子源有否可能达到MACE的需求。赵诗涵答可能也存在困难,但需要再确认一下。后续可与上海交大许金祥老师团队讨论一下。
  • 随后蔡老师提出可能通过在缪子束线上而非在上游质子束上制造这一时间结构,可以考虑使用斩波器之类的装置来达成。但难点在于重复频率较高,斩波器具有技术难度。蔡老师后续又提到机械斩波器很可能可以达成这一目标(类似于中子源上的费米斩波器)。蔡老师表示,考虑到表面缪子的速度不高,转速较高的机械斩波器很可能可以达到这一时间结构。这是一个值得考虑的设计方向。

CiADS缪子源设计:

  • 蔡汉杰老师报告了CiADS缪子束流的研究近况。
  • 蔡老师表示,大体的靶站和束线布局已基本确定,细节可能微调。首期缪子源考虑使用石墨靶,可达到3*10^9/s的表面缪子流强。液态锂靶计划在二期缪子源上采用,预期可达到更高的产额。
  • 在目前的设计中,CiADS缪子源分为三条束线,包括两条正缪子束线和一条负缪子束线。两条正缪子束线分别计划用作muSR和缪子物理研究,负缪子束线计划用作缪型原子物理研究。目前按5m的半径预留了三个束线的实验大厅,其空间能够满足MACE实验的需求。

量能器及MACE相关本底分析:

  • 陈思远汇报了最新的束流正电子本底分析结果和量能器上的宇宙线本底的结果。其结果显示束流正电子本底在不考虑时间cut的情况下仍然偏高。宇宙线本底统计量较差,但符合判选后并未完全去除;可能需要通过veto探测器去除这部分本底。详情见PPT汇报。

MACE电磁场设计:

  • 鲁桂昊汇报了最新的电磁场设计成果(详见PPT)。在更新了螺线管几何后,原先的带偏航角螺线管设计遇到了困难,螺线管不能有效传输正电子。其主要原因是受谱仪磁铁漏磁影响。解决方案是在谱仪磁铁外侧增加轭铁,通过轭铁屏蔽漏磁。加入轭铁后获得了多个主要收益:正电子传输轨迹不再受漏磁影响,其轨迹近乎平行与螺线管轴线,与设计期望相符;此外还增强了磁场均匀性。新的磁场设计已经解决了之前遇到的困难。电场设计正在同步进行,目前考虑参考通常的静电加速器电极结构,设计均匀多电极静电加速器产生匀强电场加速正电子。
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