ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УСКОРИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКЕУСКОРИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКЕ

Институт ядерных проблемИнститут ядерных проблем,,

Белорусский государственный университетБелорусский государственный университет

Белорусский государственный университет

BSU INP

Алексей СытовАлексей Сытов

магистрантмагистрант

физического факультета БГУфизического факультета БГУ

Научный руководительНаучный руководитель

Виктор Васильевич Виктор Васильевич ТихомировТихомиров

Кафедра теоретической физики и астрофизикиФизический факультет

Мат. моделирование динамики пучков в ускорителеМат. моделирование динамики пучков в ускорителеРеконструкция траекторий продуктов реакций Реконструкция траекторий продуктов реакций сталкивающихся частицсталкивающихся частиц => => поиск новых поиск новых элементарных частицэлементарных частицМоделирование процесса работы и радиационных Моделирование процесса работы и радиационных повреждений ускорительных установок: повреждений ускорительных установок: отклоняющих магнитов, детекторов и др.отклоняющих магнитов, детекторов и др.Организация параллельных вычислений с Организация параллельных вычислений с применением суперкомпьютеров и ГРИДприменением суперкомпьютеров и ГРИДОрганизация ГРИД сетей различного уровня для Организация ГРИД сетей различного уровня для передачи и обработки экспериментальных данных в передачи и обработки экспериментальных данных в других научных центрахдругих научных центрах

IT IT технологии в ускорительной физикетехнологии в ускорительной физике

22

Отклонение пучка изогнутым кристалломОтклонение пучка изогнутым кристаллом

Применение изогнутых кристаллов на ускорителях:Применение изогнутых кристаллов на ускорителях:Система коллимации ускорителейСистема коллимации ускорителейМедленное выведение пучков из ускорителейМедленное выведение пучков из ускорителейГенерация рентгеновского и гамма излученияГенерация рентгеновского и гамма излученияУскорение электромагнитных ливней в детекторах, что Ускорение электромагнитных ливней в детекторах, что позволит значительно уменьшить размер детекторовпозволит значительно уменьшить размер детекторовУправление пучками в установках пучковой терапииУправление пучками в установках пучковой терапии

33

Алгоритм моделирования динамики пучка в Алгоритм моделирования динамики пучка в изогнутом кристаллеизогнутом кристалле

44

Гало частицы Гало частицы могут нанести вред оборудованию БАК могут нанести вред оборудованию БАК из-за большой амплитуды бетатронных колебаний. Для их из-за большой амплитуды бетатронных колебаний. Для их выведения из ускорителя необходимо использовать выведения из ускорителя необходимо использовать систему коллимациисистему коллимации::

Absorber

Absorber

Новая Новая система система коллимацииколлимации

Система коллимации на Большом адронном коллайдереСистема коллимации на Большом адронном коллайдере

прежняяпрежняя система система коллимацииколлимации

((после увеличения свети-мости после увеличения свети-мости в ходе модернизации БАК в ходе модернизации БАК будет будет малоэффективноймалоэффективной))

55

эксперимент

моделирование

Эксперимент Эксперимент UA9UA9 по кристаллической по кристаллической коллимации на ускорителеколлимации на ускорителе SPS ( SPS (ЦЕРНЦЕРН))**

Зависимость числа неупругих ядерных взаимодействий протонов Зависимость числа неупругих ядерных взаимодействий протонов в кристалле С1 от его ориентации:в кристалле С1 от его ориентации:

*W.Scandale et al. *W.Scandale et al. Phys. Let., Phys. Let.,

B692 78-82, 2010B692 78-82, 2010.. 66

Проблема мискат углаПроблема мискат углаПоложительный

мискат уголОтрицательный

мискат угол

UA9

Вероятность ядерных реакцийВероятность ядерных реакций в кристал-в кристал-лическом коллиматорелическом коллиматоре по отношению к углупо отношению к углу miscut miscut при идеальной ориентации кристаллапри идеальной ориентации кристалла**

Распределение прицельного параметра падения на кристалл для UA9 (SPS)*

Зона влияниямискат угла

*V. Tikhomirov, A. Sytov, “VANT” (57), 2012, N1, p. 88-92;*V. Tikhomirov, A. Sytov, “VANT” (57), 2012, N1, p. 88-92;V. V. TikhomirovTikhomirov, A. Sytov. arXiv:1109.5051 [physics.acc-ph], A. Sytov. arXiv:1109.5051 [physics.acc-ph] 77

Многократное объемное отражение в одном кристаллеМногократное объемное отражение в одном кристалле**

Оси формируют много

наклонных отражающих плоскостей

xЭволюция углов частицы в плоскости y-r**

**V. Tikhomirov, PLB 655 (2007) 217;

V. Guidi, A. Mazzolari and V. Tikhomirov,

JAP 107 (2010) 114908****V. Tikhomirov, A.

Sytov, NIMB 59353 (2013)

88

First MVROC observationW. Scandale et al, PLB 682(2009)274

Угол отклонения возрастает в 5 раз 99

Угловые распределения отклонения протонов энергией 7 ТэВ на кристалле кремния в режимах многократного объемного отражения одном кристалле и комбинированного действия многократно-го объемного отражения и каналирования

Угловые распределения отклонения протонов энергией 7 ТэВ на кристаллах кремния и вольфрама в режиме многократного объемного отражения одном кристалле

Модификации многократного объемного отражения*Модификации многократного объемного отражения*

Угол отклонения в 3-4 раза больше в случае комбинации 2 эффектов; фракция пучка малой угловой расходимости будет

отклоняться в режиме каналирования**V. Tikhomirov, A. Sytov, NIMB 59353 (2013)

Угол отклонения на кристалле вольфрама в

3-4 раза больше , этого достаточно для попадания на вторичный коллиматор за

одно прохождение1010

Выведение пучка из накопительных колец в Выведение пучка из накопительных колец в Национальной лаборатории имени Ферми в СШАНациональной лаборатории имени Ферми в США

1111

Выведение пучка из накопительного кольцаВыведение пучка из накопительного кольца**

Параметры кристалла Параметры кристалла и пучкаи пучка**:**:

E = 8 GeVE = 8 GeVДлина кристаллаДлина кристалла = 1mm = 1mmТолщина кристаллаТолщина кристалла = = 1 1mmmmУгол изниба Угол изниба = 0.5mrad= 0.5mrad

**V. ShiltsevV. Shiltsev, FNAL, , FNAL, No. DE-AC02-07CH11359;No. DE-AC02-07CH11359;**A.I. Drozhdin, FNAL,

No. DE-AC02-07CH11359.

ПриложенияПриложения:: Выведение Выведение высокоинтенсивного пучка для:высокоинтенсивного пучка для:

Нейтринных экспериментовНейтринных экспериментов (ArgoNeuT, (ArgoNeuT, MINERvA, MiniBooNE, MINOS, NOvA, LBNE)MINERvA, MiniBooNE, MINOS, NOvA, LBNE)

Мюонных экспериментовМюонных экспериментов (Mu2e, MICE)(Mu2e, MICE) 1212

Кристалл

0 z1 z2 z3

Пучок zвырез

Увеличение эффективности каналирования при Увеличение эффективности каналирования при помощи разрыва кристаллической структуры помощи разрыва кристаллической структуры

(кристаллического выреза) до (кристаллического выреза) до 99%99%**

Узкий вырез способен значительно увеличить Узкий вырез способен значительно увеличить вероятность захвата положительно заряженных вероятность захвата положительно заряженных частиц в режим стабильного каналированиячастиц в режим стабильного каналирования

zc*V. *V. TikhomirovTikhomirov, JINST, 2 P08006, 2007, JINST, 2 P08006, 2007

1313

Фазовое пространство в различных точках кристаллаФазовое пространство в различных точках кристалла

Без

вы

рез

а

С в

ыр

езом

1414

Применение идеи выреза на накопительном кольцеПрименение идеи выреза на накопительном кольцеФазовое пространство на входе

в кристалл (при первом попадании)

С вырезом

Без выреза

Эффективность каналирования в зависимости от угловой расходимости

Фазовое пространство выведенного пучка

1515

Потери пучка уменьшаются в 2 раза! Многооборотная эффективность выведенного пучка возрастает с 95% до 98%.

Применение идеи выреза на накопительном кольцеПрименение идеи выреза на накопительном кольцеЗависимость доли потерянных частиц от ориентации кристалла

Расчет производился по Монте-Карло при помощи программы, модифицированной для параллельных вычислений, на суперкомпьютере СКИФ К-1000-2

1616

Выведение пучка из ДебанчераВыведение пучка из ДебанчераУгловое распределение при первом прохождении кристалла

1717

θL f

or 8

GeV

θL f

or 8

GeV

На входе в кристалл На выходе из кристалла

Зависимость эффективности выведения от ориентации кристалла

Угловое распределение выведенного пучка

Создана программа, позволяющая моделировать методом Монте-Создана программа, позволяющая моделировать методом Монте-Карло процессы каналирования, объемного отражения в кристалле.Карло процессы каналирования, объемного отражения в кристалле.Эффект Эффект многократного объемного отражения в одном кристалле многократного объемного отражения в одном кристалле позволяет увеличить угол отклонение в 5 раз по сравнению с позволяет увеличить угол отклонение в 5 раз по сравнению с обычным объемном отражением.обычным объемном отражением.Применение эффектаПрименение эффекта многократного объемного отражения в многократного объемного отражения в кристалле кристалле вольфрамавольфрама, как и , как и комбинированногокомбинированного действия действия каналирования и многократного объемного отражения позволит каналирования и многократного объемного отражения позволит выводить большинство частиц за выводить большинство частиц за одноодно прохождение кристалла. прохождение кристалла.Проведено моделирование планируемых экспериментов по Проведено моделирование планируемых экспериментов по выведению пучка из накопительных колец в Национальной выведению пучка из накопительных колец в Национальной лаборатории имени Ферми в США.лаборатории имени Ферми в США.Эффективность выведения при помощи изогнутого кристалла в Эффективность выведения при помощи изогнутого кристалла в экспериментах в ФНАЛ способна достигнуть экспериментах в ФНАЛ способна достигнуть 9595--9696%.%.Использование идеи кристаллического выреза в эксперименте на Использование идеи кристаллического выреза в эксперименте на накопительном кольце в ФНАЛ позволит уменьшить потери накопительном кольце в ФНАЛ позволит уменьшить потери выведенного пучка в выведенного пучка в 22 раза, а эффективность выведения достигнет раза, а эффективность выведения достигнет 9797--9898%.%.

ВыводыВыводы

1818