CERN 质子同步加速器中的束流-气体相互作用：截面测量与寿命建模

用于注入大型强子对撞机（LHC）的高强度铅（Pb）束流的加速，受限于前置 CERN 离子注入器链中的显著束流损失。一个潜在但很大程度上尚未探明的损失源是电荷改变型束流相互作用，例如与残余气体分子的电子损失或俘获。这些效应可能阻碍 LHC 和 CHC 固定靶实验所请求的未来候选离子种类。为了预测电荷改变过程的截面及相应的离子束流寿命，我们提出了一种结合以往研究中半经验电子俘获与损失公式的数值实现。我们通过实验性 PS 基准测试活动验证了该数值模型，测量了与两个环内气体靶（氩气、氦气）相互作用期间各种束流粒子的寿命。靶压力分布通过规管测量和真空模拟进行了详细重建。在束流-气体相互作用占主导的较高注入气体压力下，测量的寿命趋势和推导出的截面在报告的半经验不确定性范围内与模型预测收敛，验证了该程序包用于预测对当前和未来离子种类影响的有效性。