Экспериментальная установка

5.1.Вывод и регистрация пучка в зоне 14 канала.

Предполагается использование трех различных пучков:

• 
  пучок отрицательных пионов;
  
• 
  выведенные с помощью монокристалла пучки протонов и ионов;
  
• 
  пучок электронов, необходимый для калибровки электромагнитного калориметра.
  

Для получения пучка отрицательных пионов и электронов используются внутренние мишени ускорителя. Транспортировка пучка обеспечивается стандартным оборудованием 14-го канала. Предполагаемая интенсивность пучка отрицательных пионов с энергией 40 ГэВ составляет 10⁷ частиц/цикл при длительность вывода в цикле до 3 сек и скважности 1/3. Размеры пучка на мишени _x=3 мм, _y=4 мм.

1. Вывод протонного пучка в зону 14 канала.

Вывод протонного пучка в зону 14-го канала осуществляется через изогнутый монокристалл кремния, установленный в вакуумной камере У-70. Интенсивность в этом случае может достигать 5х10⁷ протонов/цикл.

Проводилось численное моделирование параметров выведенного из У-70 поляризованного протонного пучка для экспериментальной установки СПАСЧАРМ-2 [¹⁴]. Режимы фокусирующих элементов каналов (квадрупольных линз) оптимизировались с целью обеспечения требуемых размеров пучка на мишени экспериментальной установки при относительно небольших размерах транспортируемого по каналу пучка. Последнее обстоятельство позволяет избежать потерь пучка и свести к минимуму его деполяризацию в квадрупольных линзах. Параметры выведенного из У-70 протонного пучка, в том числе изменение поляризации пучка при его транспортировке к мишеням экспериментальных установок моделировались с помощью программы DECAY TURTLE, модифицированной для трекинга поляризованных пучков. При расчетах предполагалось, что выведенный из ускорителя пучок протонов имеет поляризацию 100% в вертикальной плоскости. Полученные при моделировании параметры пучка поляризованных протонов на мишени эксперимента СПАСЧАРМ составляют:

• 
  размеры пучка _x=0.22 мм, _y=1.56 мм,
  
• 
  поляризация в вертикальной плоскости близка к 100% (без учета вклада в деполяризацию частиц продольных компонент краевых магнитных полей квадрупольных линз и отклоняющих магнитов).
  

Поляризация выведенного протонного пучка при его транспортировке к мишени экспериментальной установки в основном приближении остается неизменной. Сохранение исходной поляризации протонного пучка в магнитооптических системах 14-го канала определяется следующими основными факторами:

• 
  система каналов частиц У-70 находится в плоскости орбиты ускорителя и не имеет поворотов пучка в вертикальной плоскости, что исключает влияние магнитного поля отклоняющих магнитов на поляризацию транспортируемого пучка в вертикальной плоскости;
  
• 
  благодаря сравнительно малому фазовому объему транспортируемый выведенный протонный пучок имеет небольшие размеры, что сводит к минимуму деполяризацию пучка в магнитных полях квадрупольных линз.
  

Рисунок 20. Положение средней координаты пучка на мишени для каждого цикла ускорителя.

Рисунок 21. Координата протонного пучка в фокусе.

Основной проблемой была стабильность выведенного протонного пучка. Для достижения требуемой стабильности был проведена модернизация системы вывода [¹⁵]. Стабильность горизонтального положения пучка на мишени по данным осеннего сеанса 2005г. составляет 0.2 мм (см. Рисунок 20). Размер протонного пучка в фокусе (см. Рисунок 21) порядка 1 мм (разрешение годоскопов не вычтено).

Так как потери поляризации при выводе пучка из ускорителя не происходит, нет необходимости специально измерять поляризацию выведенного пучка в процессе измерений. Для проверки можно произвести измерение поляризации, используя, например, в качестве поляриметра инклюзивное рождение заряженных пионов в области фрагментации поляризованного протонного пучка. Для получения необходимого направления поляризации предлагается использовать сверхпроводящую магнитную систему (спин-ротатор) длиной около 12 м. Подробно вопросы поляриметрии и принципиальная схема спин-ротатора изложены в предложении по созданию универсального адронного ускорителя на базе У-70 [Error: Reference source not found].

2. Регистрация пучка.

Регистрацию координат пучковых частиц предлагается проводить с помощью современных волоконных годоскопов. Подобные годоскопы используются в экспериментах COMPASS [¹⁶] и DIRAC. Работа в условиях реального эксперимента показала, что волоконные годоскопы имеют высокую (около 99% на плоскость) эффективность, временное разрешение порядка 0.5 нсек при загрузках порядка 0.7х10⁶ частиц на канал годоскопа. Разработанный в рамках эксперимента DIRAC новейший волоконный годоскоп высокого разрешения состоит из плоскостей, перекрывающих область 5050 мм² и имеющий по 240 каналов регистрации. В этом годоскопе применены сцинтилляционные волокна и световоды диаметром 0.28 мм с двухслойной оболочкой, склеенные между собой оптическим эпоксидным клеем. Типичный световыход 10-12 фотоэлектронов для каждого волокна. В плоскости волоконного годоскопа используются 7 волокон по пучку с шагом укладки волокон 0.205 мм в поперечном направлении. Суммарная толщина волоконной годоскопа по пучку составляет 3.5 мм (1% радиационной длины). В качестве фотодектора используются 16-ти анодные фотоумножители H6568 (по пятнадцать фотоумножителей для каждой плоскости).