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1、* 国家 BEPC 改进专项经费 1） E-mail: 1高能所试验束介绍实验物理中心 李家才试验应用平台 世界各主要高能物理实验室，在高能加速器上都建有若干条试验束（Test Beam） 。基于加速器的粒子束流，应用研究覆盖了粒子探测器模型的束流试验和验证（模型研究，校准刻度 等） ；加速器的部件性能试验；在束流物理，粒子物理和核物理等领域的创新思想和新颖的实验方法 的检验，或者说还不成熟的思想和实验方法的试验；不同的射线产生试验（X 射线，中子， 介子， 质子和正负电子等）以及射线在材料和生物样品方面的应用试验研究。所以说他具有试验性，原创所以说他具有试验性，原创 性，是不同交叉学科的粒子
2、束（或射线源）试验应用平台。是可能的创新研究的生长点。性，是不同交叉学科的粒子束（或射线源）试验应用平台。是可能的创新研究的生长点。试验束是寄生模式运行，它利用储存环的长时间束流稳定储存间隔（3-4 小时的对撞模式，10-12小时的同步辐射模式） ，使用直线加速器的剩余束流，所以说它是寄生模式运行，是对加速器束流资 源的充分利用，同时也促进了加速器应用水平和运行效率的提高。运行开放和受理，按国际合作惯例，试验束装置向各实验室开放，以提高试验束的利用率。向全国开放，受理可能的创新试验和应用课题，培植创新研究生长点。为了统一调配运行机时，机时申 请受理机构是高能所 BEPC(北京正负电子对撞机)运
3、行协调委员会。20 世纪 80 年代初，郑林生先生积极推动在高能加速器的基础上建立试验束流线，并亲自领导 参加了初期试验束线的设计和建造。2000 年高能所申请 BEPC 的升级改造（BEPCII） ，包括北京谱仪 （BESII）升级为 BESIII，所以也急需合适的试验束流对其子探测器模型做束流试验，以及其他对 初级电子束流应用的要求（包括国家科学基金和科学院支持的慢正电子装置） 。BEPC 及其电子直线 加速器(LINAC)的长期稳定运行也提供了有利条件。为此，在 BEPC 的电子直线加速器上改建和新建 起了具有多种用途的 3 条束流线。BEPCII 直线加速器的先期改造将在 2004 年
4、底完成 50 赫芝和每秒 100 个强束流脉冲的调试运行，届时寄生在直线加速器上的试验束性能将大幅度提高，应用范围也 将进一步扩大。试验束计划运行时间表（引用 BEPCII 改造计划）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 122004200520062007BSRF/TB直线加速器安装/调试 BESII拆除BSRF/TBBSRF/TBMY设备拆除/水电拆旧安新/隧道装修/BEPCII安装/准直/硬件调试高能物理实验BSRF/TBBESIII移入对撞点/对撞区恢复/探测器联调/大联调储存环联调/调束准备验收E1,E2 和 E3 试验束流线* 国家 BEPC 改进专项经费 1） E-ma
5、il: 2一般加速器上的试验束通过慢切削引出来实现（这样本底很小，但花钱太多） ，或者在储存 环内设置内靶,利用边缘束打靶1，这样可以很好解决次级粒子多重数问题，也可获得较高的计数率。基于加速器现有的条件，我们从电子直线加速器末端引出电子束流打靶的办法来建立试验束。这种 办法简单易行,但是因为直线加速器束流重复频率低(目前 12.5pps),而且低能电子和光子的本底很 大2，所以，压低本底和提高计数率是试验束工程和技术面临的关键问题。为了充分利用大厅空间，开辟多条应用束流线，所以，在 BEPC 电子直线加速器末端对原电子束 流线进行了改造，把原电子束流线分叉成为 E1 和 E2 两条初级束流线
6、，扩展了初级电子和正电子束 流的应用空间。新增加的 E2 束流线平行于实验厅东墙。用 E2 电子束打靶，靶往后为 E3 次级束流线， 即高能e，单粒子束流线。打靶产生多种宽能谱的次级粒子，利用四极磁铁 LQ1,LQ2 收集从 15 度产生角出射的带电粒子。偏转磁铁 D1,D2 与狭缝一起选择所需电荷（正电荷粒子或负电荷粒 子）和所需动量的粒子，动量连续可调。具体的试验束流线布置如图 1。Experiment AreaE1 LineE2 LinePOWER SUPPLYLINETBTAM3B1Q3Q2Q1BV1BH1BH2BV2B3B2Q5Q4Q6Q7Q8LQ1 LQ2D1D2S1CCS2M1M
7、2TO RINGDUMPDUMPEXITIHEP BEPC-LINAC THE CONFIGURATION OF TEST BEAMAM3、B1、B2、B3 Bending Magnets， BH1、BH2、BV1、BV2 Dipole Corrector Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、LQ1、LQ2 Quadrupole SPT: SLOW POSITRON TARGET; TBT: TEST BEAM TARGET; S1、S2、 Scintillator，M1、M2 Multi-wire Proportional Chanber CC : Cherenkov11deg1
8、1deg18.6degSElectron LINACElectron LINACTO LINAC0 0 2 2m mSLITPLUGE2 LineE3 LineE3 LineExperiment AreaSlow Positron LineSPTEastern WallExperiment Hall No. 10Target roomDUMP图 1 实验厅的屏蔽结构和束流线布置示意图E1 电子束流线原有的电子束流线3，是由 BEPC 直线加速器末端经 2 块二极磁铁偏转 22 度，沿相应的束流输 运系统进入实验大厅。对这条束流输运线进行的改造，主要是 Q3 下游插入 2 块偏转磁铁 B2 和
9、B3。 所以原有 Q3 和 Q4 分别向上下游移动，间距增加到 557 厘米，以便插入 B2 和 B3。同时 Q5 向下游移1 K.Oide, H.Fukuma, S.Kamada et al, Gamma ray source using internal targets in the TRISTAN accumulation ring, KEK, National laboratory for high energy physics, Oho,Tsukuba， Ibaraki, Japan 305; K.Ogawa, K.Hayashi et al, INTERNAL TARGET BEA
10、M LINES FOR ELETRON/POSITRON IN TRISTAN ACCUMULATION RING, KEK Internal 85-2 May 19852 ZHANG Liang-sheng, Monte-Carlo Simulation for Background of Test Beam, Classified Archives HA3983, N0.1419-1 (Chinese)(张良生, 蒙特卡罗模拟, 档案分类 HA3983, 1419-1)* 国家 BEPC 改进专项经费 1） E-mail: 3动 1.5 米，便于延长打靶距离。这样电子束线由原来的 20.8
11、2 米长增加到 22.32 米。这样的结构安 排保留了束流线末端透镜组的基本聚焦性能。该线的束流垃圾桶（DUMP，0.50.50.2 立方米铁 块）安装在离 E1 束流出口 3 米远的水泥墙中。目前这条 E1 电子束线已专用于核分析实验室的慢正 电子装置。 根据束流线改造对束流输运线结构空间的要求，在保证束流的基本输运和聚焦性能情况下，确 定了 E1 线的改造方案和磁铁的空间位置。按已限定的元件排布结构做了束流输运元件参数和束流输 运性能的计算3，计算结果表明，在 Q5 出口处的束流截面近似为 2.50.6cm2的椭圆，作用靶（慢正电子产生靶）上入口束流截面近似 11cm2，以及束流能散为 0
12、.8%,满足了使用要求。束流线结构 和束流包络如图 2。具体参数是：AM3:7028.1Gs; B1:7028.1Gs; Q1:550; Q2:-400; Q3:155.5; Q4:-240; Q5:354.3（参数对应能量 E=1.1GeV，Q 铁场强单位 Gs/cm） 。图 2 E1 初级束线结构和束流包络 图 3 E2 束流线结构和束流包络E2 束流线E1 线上的 Q3 下游插入 2 块偏转磁铁 B2 和 B3, 在束流已偏转 22 度的基础上再偏转 18.6 度，使 之与实验大厅的东墙平行，成为 E2 束，它距离实验厅东墙 3.5 米，可以方便地引出初级电子束或初 级正电子束。考虑应用
13、对束流的要求，在 B2 偏转磁铁下游增加了一个紧凑的 3 元透镜聚焦组4。新 增加 3 块聚焦磁铁，改善了束流的输运品质，束流出口近似平行束。束流线结构和束流包络如图 3。具体磁铁设定值如下：AM3:7028.1Gs; B1:7028.1Gs; Q1:550; Q2:-400; Q3:155.5;B2:5932.2Gs; B3:5902.6Gs; Q6:521.4; Q7:-429.6; Q8:143.9（参数对应能量 E=1.1GeV，Q 铁场强单位 Gs/cm） 。 能散 0.8%。在线束流输运参数调试，出口束流截面达到 1010mm2。另外，这条束流线上的偏转磁 铁可以很方便地改变供电极
14、性，以满足电子或正电子选择的要求。E2 束流垃圾桶 （0.80.80.9M3铁块）安装在 E2 束线末端 5 米厚的水泥构件中。 E2 束流线引出的一个应用是高能电子和正电子在介质中的辐射实验研究。目前在 E2 线上完成 了基础设备安装，设备布置如图 4。束线上的狭缝组合用于进一步选择平行电子束。单个狭缝是 1 毫米的方孔，纵向深度 10 厘米，2 个狭缝相距 1.6 米，刚性连接，并安装在准直基座上。专门检测 部门的计量检测报告给出，狭缝组合的线性度为 0.147 毫米。3 维定角仪用于调整辐射体角度，角度 分辨为 0.0080。园型极头磁铁用于带电粒子的清除，最大工作磁场 1.7 特斯拉。
15、3 HU Chun-Liang, The Parameters Computing of The Beam Transport For Test Beam and A Upgrade of Branch Line on BEPC-LINAC, Classified Archives HA3983, N0.1419-4 (in Chinese) (胡春良，BEPC 电子直线加速器的分支线改进和 e/ 试验束的束流输运参数计算, 档案分类 HA3983, 1419-4)* 国家 BEPC 改进专项经费 1） E-mail: 4狭缝三维定 角仪束流线方向 光子辐射带电粒子偏转磁铁图 4 辐射实验研究基础装备示意图E3 试验束流线从 BEPC 电子直线加速器（LINAC）引出的初级电子束，能量为 1.11.5GeV，脉冲重复频率 12.5Hz，脉冲宽度 2.5ns，最大峰值流强 600mA。它经分叉后的 E2 束，引入靶区打靶产生次级粒子 （，e，P ，以及衰变产生的等） ，因此，E3 是混合型粒子试验束。电子引出采用 钨碳复合靶或铜靶，强子引出（和质子 P）采用碳靶或铍靶。这些未经分离的混合粒子，经过磁 铁，狭缝，多种探测器组成的望远镜系统的选择，获得了较低的本底水平；利用在线数据获取 判选出被测到
