EicC-BRing极化束加速方案研究

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极化电子离子对撞机是研究质子自旋结构的理想工具。为了开展海夸克能量区核子内部结构的前沿基础科学研究,中国科学院近代物理研究所(IMP)提出在中国建造一台质心能量为15-20Ge V、电子和质子的平均极化率分别为80%和70%的高极化电子离子对撞机(Eic C)。极化束维持高极化率加速是Eic C的核心关键技术之一,亦是课题研究的核心目标。在自旋相关的物理实验中,有效亮度是亮度、电子极化率和质子极化率的乘积。平均极化率为70%的质子束可以使亮度得到有效利用。为了维持束流高极化,论文应用极化束流动力学理论和开发多粒子自旋追踪程序计算了退极化共振,以及模拟设计西伯利亚蛇方案避免共振退极化。预加速器BRing中的强退极化共振是制约高能高极化质子束制备的主要因素。为了确定是否有必要在BRing中插入一个维持极化的装置,本文进行了BRing的固有退极化共振和非理想退极化共振的评估,分别通过自主开发的多粒子自旋跟踪程序和理论公式计算了穿越退极化共振后的最终极化率。恒定磁场螺线管型西伯利亚蛇是新的有望维持高极化率的极化束加速方案。恒定强度螺线管型西伯利亚蛇避免退极化共振的效果已经在实验中得到了证明。然而,BRing作为快循环加速器,二极铁磁场上升速率为12T/s。将极化率损失控制在10%以内所需的恒定强度螺线管型西伯利亚蛇磁场上升速率太大,不适用于BRing。相比之下,恒定磁场螺线管型西伯利亚蛇的硬件要求更低,更符合工程实际。Eic C-BRing恒定磁场螺线管型西伯利亚蛇极化束加速方案将在BRing的电子冷却直线段插入一个积分场为0.942Tm的螺线管并将BRing垂直工作点设定为9.98。这一方案将使在最佳注入极化方向注入的极化质子束极化率损失控制在10%以下,满足在Eic C中提供70%极化质子束进行碰撞的要求。
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