CEPC直線束流垃圾桶初步設(shè)計(jì)20xx.9.22主要內(nèi)容工作背景環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）簡(jiǎn)介CEPC結(jié)構(gòu)和束流參數(shù)工作介紹模擬思路結(jié)構(gòu)介紹材料選擇結(jié)果簡(jiǎn)釋下一步工作計(jì)劃參考文獻(xiàn)2環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)簡(jiǎn)介環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(CellularElectron-PositronCollider,簡(jiǎn)稱CEPC)是由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭提出、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等諸多單位參與研究設(shè)計(jì)的未來超大型環(huán)形電子對(duì)撞機(jī)，旨在研究希格斯粒子及相關(guān)的物理問題，尋找新物理在未來的突破口。CEPC當(dāng)前設(shè)計(jì)方案為束流能量120GeV（環(huán)內(nèi)），周長(zhǎng)50/100千米。未來將升級(jí)為SppC。3CEPC的結(jié)構(gòu)及參數(shù)簡(jiǎn)言之，CEPC由直線加速器、Booster和儲(chǔ)存環(huán)組成4束流垃圾桶的作用及布局CEPC是高能電子加速器，因而除常規(guī)輻射屏蔽之外，還需考慮廢棄束流的處理，即束流垃圾桶的設(shè)計(jì)束流垃圾桶通常放置在加速器的專門區(qū)域，用于調(diào)束過程中的廢棄處理，或者緊急狀況時(shí)對(duì)束流的緊急阻止束流垃圾桶在吸收廢棄高能電子束流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大劑量的輻射，因此需針對(duì)束流垃圾桶考慮輻射屏蔽問題5調(diào)研結(jié)果6加速器名稱粒子類型粒子能量損失功率垃圾桶形狀垃圾桶核心材質(zhì)垃圾桶核心尺寸SLAC2-MileLINAC電子11–25GeV2.2MW(ave)圓柱體水/銅直徑173.31cm長(zhǎng)度449.86cmILC電子500GeV18MW(ave)/4.5GW(peak)圓柱體水內(nèi)徑1.8m長(zhǎng)度11

mBEPCII-Linac電子1.89GeV378W圓柱體鑄鐵直徑40cm長(zhǎng)度50cmCSNS質(zhì)子1.6GeV7.5kW矩形體鐵LHC-SPS質(zhì)子120GeV6300GW圓柱體石墨/鋁/鐵直徑60cm700cm石墨100cm鋁100cm鐵調(diào)研結(jié)論依照功率不同，核心組件材料選擇順序依次為金屬（合金）——石墨——水原因主要為熱量考慮7任務(wù)目標(biāo)8Dump本報(bào)告針對(duì)直線部分的束流垃圾桶進(jìn)行初步設(shè)計(jì)由易到難，熟悉設(shè)計(jì)流程尋找一種CEPC垃圾桶設(shè)計(jì)中通用的方法和標(biāo)準(zhǔn)以參考設(shè)計(jì)參數(shù)9束流能量6

GeV標(biāo)稱電荷量3.2nC重復(fù)頻率50Hz全損粒子數(shù)1e12/s束流流強(qiáng)160nA束損功率960W直線束流垃圾桶設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)流程10分析輻射源項(xiàng)物理分析經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)模擬計(jì)算設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)結(jié)合工程實(shí)際對(duì)比優(yōu)化選擇選擇屏蔽材料結(jié)合工程實(shí)際對(duì)比優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)方法分析源項(xiàng)，明確需求考慮功率，框定材料理論計(jì)算，粗估下限依據(jù)材料，暫定結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算，評(píng)估劑量溫度分析，確保安全結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比驗(yàn)證反復(fù)優(yōu)化，確定方案11分析源項(xiàng)，明確需求

12考慮功率，框定材料根據(jù)調(diào)研，靶芯材料選擇主要考量因素為束流功率CEPCLinac功率為960W考慮采用銅、鐵、鋁、石墨作為靶芯材料13理論計(jì)算，粗估下限設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，有效的垃圾桶靶芯部分（DumpCore），至少應(yīng)在橫/縱兩向均沉積99%以上的初始粒子能量14理論計(jì)算，粗估下限對(duì)于選定材料15材料L99R99銅28cm8cm鐵29cm8cm鋁110cm20cm石墨241cm24cm依據(jù)材料，暫定結(jié)構(gòu)都是固體材料，所以采用常規(guī)思路長(zhǎng)方體/圓柱體綜合模擬16依據(jù)材料，暫定結(jié)構(gòu)都是固體材料，所以采用常規(guī)思路長(zhǎng)方體/圓柱體綜合模擬17材料縱向最大功率沉積最大溫升銅114W/cm453K鐵98W/cm389K鋁20W/cm79K石墨8W/cm32K主要選擇銅、鐵材料進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬計(jì)算，評(píng)估劑量選擇銅、鐵兩種材料建立圓柱體模型兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算靶芯R130cm，Z195cm，無混凝土屏蔽靶芯R10cm，Z30cm，各向附加1m混凝土屏蔽利用FLUKA2011.2c.464bit，設(shè)定條件，計(jì)算50萬個(gè)粒子（基于時(shí)間考量）18模擬計(jì)算，評(píng)估劑量19銅R:0-130cm模擬計(jì)算，評(píng)估劑量20鐵R:0-130cm模擬計(jì)算，評(píng)估劑量21銅銅：R:0-10cm混凝土：R：10-110cm模擬計(jì)算，評(píng)估劑量22鐵銅：R:0-10cm混凝土：R：10-110cm模擬計(jì)算，評(píng)估劑量23銅銅：Z：0-30cm混凝土：Z：-100-0，30-130cm模擬計(jì)算，評(píng)估劑量24鐵銅：Z：0-30cm混凝土：Z：-100-0，30-130cm模擬計(jì)算，評(píng)估劑量

25溫度分析，確保安全靶芯材料公式溫升分析，無礙，可長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行界面材料能量沉積帶來的溫升，同樣通過理論粗估，證明無礙但詳細(xì)的溫度穩(wěn)定性需使用ANSYS等有限元軟件進(jìn)一步分析，以確保方案安全可靠26結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比驗(yàn)證分析劑量組分貢獻(xiàn)，同最初源項(xiàng)分析結(jié)果對(duì)比利用FLUKA的AUXSCORE卡，記錄R=60cm處劑量組分貢獻(xiàn)27粒子類型劑量率(mSv/h)劑量率百分比中子0.6526.7%光子1.6668.0%總計(jì)2.44100%反復(fù)優(yōu)化，確定方案優(yōu)化計(jì)算方式更進(jìn)一步確認(rèn)曲線波動(dòng)的來源，減少方差同經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果對(duì)比除了劑量統(tǒng)計(jì)之外，進(jìn)行能譜統(tǒng)計(jì)詳細(xì)了解里面的物理過程和物理機(jī)制，同公式互相驗(yàn)證詳細(xì)分析各種次級(jí)粒子的產(chǎn)額等問題為未來設(shè)計(jì)儲(chǔ)存環(huán)環(huán)節(jié)的垃圾桶打基礎(chǔ)工程優(yōu)化28參考文獻(xiàn)徐玉海,夏曉彬,王光宏,徐加強(qiáng).基于束流線源模型自由電子激光器主體墻的屏蔽設(shè)計(jì)[J].《核技術(shù)》，2014，第37卷第6期，060101-1-060101-5.吳青彪.中國(guó)散裂中子源束流垃圾桶屏蔽設(shè)計(jì)與分析:[學(xué)位論文](D).北京：中國(guó)科學(xué)院研究生院，2007Maslov,MichailA.,MichaelSchmitz,andVladimirSy?ev.

LayoutConsiderationsonthe25GEV,300KWBeamDumpoftheXFELProject.No.DESY-TESLA-FEL-2006-05.Dt.Elektronen-SychrotronDESY,MHF-SL