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建造高能粒子对撞机进行粒子对撞是高能物理实验的主要手段之一,安装在对撞点处的探测器对对撞后的次级粒子信号进行捕捉,然后通过进一步的离线数据分析来还原对撞过程,并进行物理分析。然而,实际到达探测器的信号,除了对撞后的有用次级粒子信号外,还夹杂着大量非事例相关的本底粒子信号,他们的主要来源是同步辐射本底、辐射巴巴散射本底、束致辐射本底、束流-气体本底和Touschek本底等。这些本底信号的存在既会干扰正常的对撞次级粒子信号的读取和分析,还会损害到探测器,影响到探测器的寿命,必须想办法予以减小。 环形Higgs工厂计划——CEPC,是中国高能物理学界提出的高能正负电子对撞机方案。其设计质心能量为240GeV,旨在产生大量的希格斯玻色子用以进行高能实验物理的研究。超高的束流能量带来很多前所未有的困难和问题,特别是在束流本底和对撞区防护方面,束致辐射成为了重要的本底来源。同时,同步辐射本底强度也是远超过去的任何对撞机。为了保证探测器的安全和物理数据的质量,必须对这些本底问题做尽可能可靠和细致的模拟,同时根据模拟结果设计探测器的屏蔽保护方案。 正在运行的北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)和北京谱仪(BESⅢ),虽然在建造之初也做过束流相关本底的模拟和分析,但是实际对撞运行中观测到的本底结果和模拟结果还是有较大出入,在实际的机器运行过程中还是会经常出现过高的束流本底限制探测器正常取数的情况,需要进行准确的本底模拟研究,来为加速器和探测器的设计和建造提供指导。 针对CEPC和BEPCⅡ的需求,分别开发了相应的本底模拟程序。其中,加速器中事例输运模拟程序均基于SAD开发,探测器内的事例跟踪模拟均基于GEANT4开发,而事例产生程序则根据不同的本底效应的特点分别用Python编写。论文中利用该程序对CEPC上的同步辐射、辐射巴巴散射、束致辐射、束流-气体非弹性散射和束流-热光子康普顿散射等主要的本底机制分别进行了模拟研究,并给出了初步的防护和屏蔽设计。对于BEPCⅡ,分别模拟了束流-气体弹性散射、束流-气体非弹性散射以及Touschek效应这三种起主导作用的本底效应,并开展了相关束流本底实验与模拟结果进行比对,结果表明模拟结果是准确的,模拟的工具是可信的。