Muon background studies for clic beam deliverys system

Abstract

Kompakt Doğrusal Çarpıştırıcı (Compact Linear Collider - CLIC) yüksek hassasiyettesahip olup kütle merkezi enerjisi TeV mertebesine ulaşılması planlanan, elektron ve poz-itronları çarpıştırmak amacıyla tasarlanan bir makinadır. CLIC projesi bilinen ve yeni fiziksüreçleri hakkında yüksek hassasiyetlerde ölçümlere olanak sağlayacaktır. Temiz ve hassasölçümler yapabilmek için en önemli husus ard alanların ortadan kaldırılmasıdır. Algıçölçümlerini ve veri analizlerini etkileyen çeşitli ard alan kaynakları bulunmaktadır. Bu ardalan kaynaklarından birisi de demet taşınım hattı (DTH) boyunca oluşan müonlardır. Butezde öncelikle müon ardalanı oluşumuna sebep olan demet etrafındaki hale parçacıklarınınmiktarları hesaplanmış ve ardalan oluşturan müonların oluşum mekanizmaları incelenmişve benzetişimleri yapılmıştır. Ardından DTH hattı ve hatta yeralan elemanlar incelenipanaliz edilerek BDSIM (Beam Delivery SIMlation) ile benzetişimi yapılmıştır. Haleparçacıklarının miktarları ile orantılı olarak hat boyunca oluşan ard alan müonların oluşumnoktaları enerjileri gibi parametreler belirlenmiştir. Son olarakta oluşan müonları azaltaraketkileşme bölgesine ulaşmalarını engellemek için manyetik alanlı müon zırhları dizayn edil-erek hat boyunca belirlenen uygun bölgelere yerleştirilmiş ve etkileşme bölgesine ulaşanmüon miktarlarıdaki azalma incelenmiştir. Farklı manyetik alanlar ve farklı kalınlıklar içinmüon zırhları belirlenmiş ve müon miktarlarındaki azalmalar karşılaştırılmıştır.

The Compact Linear Collider (CLIC) is being designed to be a high precision machinefor colliding beams of electrons with positrons at the TeV energy scale. The CLIC projectprovides high precision measurements about known and new physics processes. In orderto perform clean and precise measurements, it is essential to minimize and understandbackgrounds. There are several background sources which effect the analysis of data anddetector measurements. One of the important background sources are muons, which aregenerated along the beam delivery system (BDS), for the detector performance.The main source of the muon background is the halo particles. These particles have largeamplitude, and they are generated around the core beam along the BDS. Among severalpossible reasons for halo particle generation are optics and equipment related effects whichdepend on imperfections which are hard to predict and should be small in a well correctedmachine. The estimates presented here are based on the halo generation by beam-gasscattering which will always be there and for which good theoretical models exist. Thehalo generation by beam-gas scattering has been estimated using the HTGEN code (Haloand Tail Generation). Depending on the halo particle estimation, muon background alongthe BDS and especially in the betatron collimation section have been determined by usingMonte Carlo simulation codes.This Ph.D thesis focuses on the muon background along the BDS and the reduction of themto desired rates. The details studies described here are based on the BDS design as describedin the Conceptional Design Report of CLIC. The muon background rates that reach theCLIC detector region are predicted using tracking simulations. The muon productionmechanisms and their Monte Carlo generation are studied and described in detail. Asignificant reduction of muon backgrounds can be achieved using magnetized shielding.The shielding blocks can be placed in available drift spaces in the betatron collimationsection. The dependence on the muon reduction on the main shielding parameters likelength, inner and outer shielding dimension and magnetic field properties have been studiedand are described.