Моделирование прохождения заряженных частиц через кристалл на Большом адронном коллайдере с учетом реального распределения остовных и валентных электронов : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель А. И. Сытов

Abstract

Работа посвящена методам моделирования взаимодействия пучков заряженных частиц с изогнутыми кристаллами. Целью НИР была разработка программы моделирования траекторий заряженных частиц в кристаллах с учетом распределения остовных и валентных электронов, основанной на методе Монте-Карло. Необходимо было сравнить результаты моделирования с решением уравнения диффузии, промоделировать отклонение частиц изогнутым кристаллом на Протонном суперсинхротроне и Большом адронном коллайдере, оптимизировать параметры кристалла и оценить радиационные повреждения кристалла на Большом адронном коллайдере. В рамках исследования была создана программа CRYSTAL, которая позволяет моделировать траектории частиц с высокой точностью как на суперкомпьютере, так и на персональной машине. Учтено распределение полной электронной плотности, включающей конфигурации остовных и валентных состояний, при вычислении траекторий заряженных частиц в кристаллах. Проведено моделирование эксперимента по отклонению протонов энергией 400 ГэВ на Протонном Суперсинхротроне, достигнуто хорошее согласие с экспериментом. Получено также хорошее согласие моделирования с решением уравнения диффузии за исключением областей, в которых проявляется не учитываемое в модели диффузии рассеяние на ядрах. Промоделировано отклонение протонов энергией 7 ТэВ на Большом адронном коллайдере для случая каналирования и многократного объемного отражения. Оптимизированы параметры кристалла. Моделирование проводилось на персональной вычислительной машине с многоядерным процессором Intel Core i7 и суперкомпьютере EURORA (CINECA, Болонья, Италия). Получена зависимость радиационных повреждений кристалла кремния от энергии и интенсивности падающих пучков протонов и ионов свинца. Сделана оценка времени эксплуатации по достижению критического числа смещений на атом ~ 100 сна данных кристаллов как основы системы коллимации БАК. Разработанная программа предназначена для моделирования широкого спектра экспериментов, связанных с отклонением заряженных частиц при помощи кристаллов, и является полезной для моделирования будущих экспериментов на БАК.