CERN 未来环形 e$^+$e$^-$ 对撞机中用于吸收束流同步辐射的液态铅靶概念设计与建模
加速器物理
2026-01-27 v1
摘要
正在 CERN 开发的正负电子未来环形对撞机（FCC-ee）将产生强烈的束流同步辐射，因此需要在相互作用点下游安装光子吸收体。本文介绍了流动液态铅吸收体的概念设计，该吸收体能够耗散约 370 kW 的光子功率，平均光子能量为 62 MeV。研究了两种构型：一种是为增加光子相互作用长度以最大化吸收而开发的倾斜流几何结构；另一种是带有附加池的紧凑型上游斜坡，其中自由表面铅流在下游池耗散剩余负载之前拦截功率峰值。光子-物质相互作用使用 fluka 中的 Monte Carlo 模拟进行建模，而共轭传热和自由表面动力学则通过使用 ansys fluent 的计算流体动力学模拟进行分析。基于模拟的热工水力性能并为了减轻诸如光子背散射等次级效应，引入了设计改进。两种构型均证明在 300 kg/s 的流量限制内能够稳定运行，并将液态铅和结构温度维持在 450--500 C 的运行范围内。研究结果确立了循环液态铅作为 FCC-ee 中束流同步辐射吸收的可行且热稳健的基准技术。
引用
@article{arxiv.2601.18470,
title = {Design and modeling of a liquid-lead dump concept for beamstrahlung radiation absorption in the CERN Future Circular e$^+$e$^-$ Collider},
author = {Silvio Candido and Rui Franqueira Ximenes and Anton Lechner and Alessandro Frasca and Giuseppe Lerner and Antonio Perillo Marcone and Regis Seidenbinder and Markus Widorski and Louise Jorat and Giacomo Lavezzari and Davide Bozzato and Gabriel Banks and Marco Calviani and Luca Tricarico and Carlo Carrelli and Mariano Tarantino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.18470},
year = {2026}
}