Muon background studies for clic beam deliverys system

Abstract

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

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