CERN 大型强子对撞机中标准与晶体辅助重离子准直的功率沉积研究

在 Run~3（2023）进入高亮度时代时，LHC 采用 $^{208}$Pb$^{82+}$ 束流的重离子项目将受益于束流强度的显著提升。每束束流的储存能量预计超过 20~MJ。LHC 配备了 betatron 准直系统，用于拦截横向束流晕并保护超导磁体等敏感设备免受束流损失影响。然而，$^{208}$Pb$^{82+}$ 离子在准直器中的核碎裂和电磁解离会产生次级碎片流，这些碎片损失在下游色散抑制区和弧段单元中。这些次级离子可能在即将到来的运行轮次中造成性能限制，因为它们可引发磁体淬灭。为缓解此风险，一种依赖弯曲晶体作为初级准直器的替代准直技术将在未来的重离子运行中使用。本文中，我们通过跟踪和 \textsc{FLUKA} 簇射模拟研究超导磁体中的功率沉积，将标准准直系统与基于晶体的系统进行比较。为量化模拟模型的预测能力，我们给出了针对 2018 年 6.37~$Z$TeV 的 $^{208}$Pb$^{82+}$ 运行束流损失监测器测量的绝对基准。该基准覆盖从初级准直器到首个弧段单元的数百米束线。基于这些研究，我们提供了离子碎裂和泄漏至冷磁体的详细分析，并量化了未来 $^{208}$Pb$^{82+}$ 运行中所预期的淬灭裕度。