Effect of the bubble deformation in the3D nonlinear laser wake-field acceleration
采用一种新的气泡变形解析方法,对三维强非线性激光尾流场中的电子加速进行了优化。研究了线性密度梯度非均匀等离子体中电子束团以初始速度注入气泡的情况。研究人员表明,气泡形状的变形对加速区域中电子的捕获具有有效的作用。用数值方法研究了线性密度斜坡对电子束团俘获率及其平均能量的影响。
2017-09-02 physics.plasm-ph
Nonlinear laser driven donut wakefields for positron and electron acceleration
我们通过分析和三维粒子模拟表明,拉盖尔-高斯激光脉冲驱动的非线性尾场可以导致空心电子自注入和正电子加速。我们发现,高阶激光可以驱动甜甜圈形状的井喷尾场与强大的正电子加速梯度相媲美的球形气泡。相应的正电子聚焦力可以比球形气泡中的电子聚焦力强一个数量级以上。所需的激光强度和能量,以达到非线性甜甜圈形状的井喷是在国家的最先进的实验条件。
2014-04-15 physics.plasm-ph
Positron beam loading and acceleration in the blowout regime of plasma wakefield accelerator
在非线性井喷状态中的等离子体尾场加速已经被示出为提供高加速梯度和高能量传递效率,同时保持用于电子加速的大的束质量。相比之下,在这一制度下的正电子加速的研究仍处于初步阶段。我们发现,在电子束驱动的吹出腔的后部加载强正电子束,可以自洽地形成并维持同轴电子灯丝。通过一个分析模型和完全非线性模拟,我们表明,这种同轴电子灯丝不仅可以集中的正电子束,但改变加载的纵向尾场在一个明显不同的方式从电子束加载在井喷制度。利用模拟,我们表明,高电荷正电子束可以加速与百分之几十的能量转移从尾流到正电子,百分之水平诱导的能量扩展和几毫米$\cdot$ mrad归一化发射度,而显着耗尽的电子驱动束的能量。这个概念可以推广到电子束和正电子束的同时加速以及高Transformer比的正电子加速。
2022-11-15 physics.plasm-ph
Effects of Laser Polarization and Color on Hybrid Laser Wakefield and Direct Acceleration
我们证明了混合激光尾流场和直接加速(LWDA)可以显着改善通过使用两个不同的偏振或频率的激光脉冲。该改进需要加速电子的更高能量和电荷,以及对负责产生尾场的前导(泵浦)脉冲和负责直接激光加速(DLA)的拖尾激光脉冲之间的时间延迟的较弱灵敏度。当两个激光脉冲具有相同的频率时,它示出,它是有利的,使它们的偏振态相互正交。还考虑了倍频($λ_{\rm DLA}=λ_{\rm pump}/2$)DLA激光脉冲的具体情况,并且发现其优于单频($λ_{\rm DLA} = λ_{\rm pump}$)情况。
2017-12-11 physics.plasm-ph
Generation of 'Super-Ponderomotive' Electrons due to a non-Wakefield interaction between a Laser Pulse and a Longitudinal Electric Field
结果表明,当激光脉冲和纵向电场通过非尾场机制与电子相互作用时,可以产生动量超过$m_eca_0^2/2$“自由电子”极限的电子.该机制包括两个阶段:电子退相率$γ-p_x/m_ec$的电场的加速区和电子加速由激光通过洛伦兹力的减少。原则上,这种机制可以产生纵向动量是$m_eca_0^2/2$的显著倍数的电子。一个相对简单的激光等离子体相互作用的二维PIC模拟表明,产生的superponderomotive电子的强烈影响,这种“反退相”机制。
2013-06-28 physics.plasm-ph
Satisfying the Direct Laser Acceleration Resonance Condition in a Laser Wakefield Accelerator
在这个过程中,我们表明,当驱动激光脉冲重叠的激光尾流场加速器(LWFA)中的捕获的电子,这些电子可以获得能量从直接激光加速(DLA)在延长的距离,尽管激光和唤醒的演变。通过模拟,激光和电子束的性质的演变被量化,然后在这种变化的背景下,DLA的共振条件进行检查。我们发现,虽然从LWFA产生的电子不能连续满足DLA共振条件,但它们仍然可以从DLA获得大量的能量。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Effect of Transverse Beam Size on the Wakefields and Driver Beam Dynamics in Electron Beam Driven Plasma Wakefield Acceleration
本文用二维流体模拟技术研究了相对论电子束在均匀冷等离子体中的尾流场。已经表明,在刚性梁的横向尺寸大于纵向延伸的极限情况下,尾波获得纯粹的静电形式,并且模拟结果显示出与Ratan等人给出的一维结果良好的一致性[Phys. Plasmas,22,073109(2015)]。在另一极限中,当横向尺寸等于或小于纵向延伸时,尾波本质上是电磁的。此外,还对刚性双抛物光束的二维尾流场进行了线性理论分析,并与模拟结果进行了比较。还表明,作为测量加速过程中的效率的关键参数的Transformer比对于2-D系统(即,对于与纵向长度相比具有较小横向延伸的梁)变得比1-D系统(与纵向长度相比具有较大横向延伸的梁)更高。此外,在模拟中,包括驱动光束的自洽演化,我们已经看到,光束在等离子体内部传输经历横向箍缩发生远早于纵向修改。由于系统中存在横向尺寸,Tsiklauri等人[Phys. Plasmas,25,032114(2018)]给出的一维刚度限值进行了修改。我们还证明了在2-D束等离子体系统的驱动梁的修改后的刚性限制。
2019-09-21 physics.plasm-ph
Electron energy increase in a laser wakefield accelerator using longitudinally shaped plasma density profiles
激光尾场加速器尾场的相速度,理论上,可以操纵通过成形的纵向等离子体密度分布,从而控制所产生的电子束的参数。我们提出了一种实验方法,其中使用一系列成形的纵向等离子体密度分布,我们增加了超过50%的平均电子峰值能量,从174.8 +/- 1.3 MeV到262 +/- 9.7 MeV和最大峰值能量从182.1 MeV到363.1 MeV。辐散随平均能量的变化而变化,沿水平轴从58.95 +/- 0.45 mrad减小到12.63 +/- 1.17 mrad,沿垂直轴从35.23 +/- 0.27 mrad减小到8.26 +/- 0.69 mrad。粒子模拟表明,斜坡等离子体密度分布可以影响尾流场的演变,从而定性地证实了实验结果。该方法可以在固定激光功率的情况下提高电子能量,同时提供一种能量可调的电子源。
2018-09-09 physics.plasm-ph
Sub-femtosecond electron bunches created by direct laser acceleration in a laser wakefield accelerator with ionization injection
在这项工作中,我们将通过三维粒子模拟显示,激光尾场加速器中的激光直接加速可以产生亚飞秒电子聚束。用两个激光脉冲持续时间进行两个模拟,使得最短的激光脉冲仅占据第一气泡的一部分,而较长的脉冲填充整个第一气泡。在后一种情况下,当被捕获的电子向前移动并与激光脉冲的高强度区域相互作用时,自然发生微聚束,产生0.5 fs的电子聚束。这在短脉冲模拟中没有观察到。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Trapping and acceleration of spin-polarized positrons from $γ$ photon splitting in wakefields
高能自旋极化正电子在$e^- e^+$对撞机物理等前沿研究中有着极其重要的需求,但制备紧凑的正电子源仍然是一个非常具有挑战性的问题。本文提出了一种在等离子体尾场中捕获和加速极化正电子的有效方案。种子电子与双色激光器碰撞产生偏振的$γ$光子,然后通过非线性Breit-Wheeler过程分裂成平均(部分)正电子偏振高于30\%(70\%)的$e^- e^+$对。在空心电子束驱动的回收尾场中,捕获并加速了70%以上的正电子,获得了3.5GeV/cm的能量增益,并伴有轻微的去极化。该方案提供了一个潜在的紧凑和经济的正电子源,为未来的应用。
2020-10-31 physics.plasm-ph
Theory of the Laser Wake-Field Accelerator Revisited: Wake Overtaking, Localized Spectrum and Ponderomotive Acceleration
本文研究了激光尾流场第一循环中电子和正电子的加速。不同类型的粒子运动(限制,反映的尾场或有质动力势和瞬态)之间的分离证明。有质动力加速度对电子来说可以忽略不计,但对正电子来说却很大。准单能注入的电子束团在最大能量处具有截止的局域能谱。
2005-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable high-transformer ratio beam-wakefield acceleration in cusp plasma channels
本文通过三维粒子模拟,研究在尖峰等离子体通道中利用结构化电子束激发高变压器比尾场,实现见证束的高效加速,并避免横向束流不稳定性。
2024-03-14 physics.plasm-ph
GeV electrons due to a transition from laser wakefield acceleration to plasma wakefield acceleration
我们通过实验表明,从激光尾场加速(LWFA)制度的等离子体尾场加速(PWFA)制度的过渡可以驱动电子接近GeV的水平的能量。最初,加速机制主要是由激光在LWFA的非线性机制中产生的气泡,导致大量电子的注入。在传播超过耗尽长度后,导致激光脉冲的耗尽,其横向有质动力不再能够维持气泡,在气泡内传播的高能密集电子束将通过PWFA区域驱动其自身的尾场。这个尾场将能够在第二阶段捕获和加速电子到GeV水平。三维(3D)粒子在细胞(PIC)模拟支持这一分析,并确认的情况。
2014-08-06 hep-ex physics.plasm-ph
Effects of initial spin orientation on the generation of polarized electron beams from laser wakefield acceleration in plasma
本研究从理论和数值上探究预极化等离子体中初始自旋取向对激光尾波场加速电子束极化的影响,发现自旋动力学依赖自注入机制,纵向注入较横向注入更易获得高极化电子束。
2025-02-12 physics.plasm-ph
High quality electron beam acceleration by ionization injection in laser wakefields with mid-infrared dual-color lasers
对于激光尾波场加速来说,在保持足够电荷的同时抑制束流能量扩散是关键挑战之一。为了实现这一点,我们提出了双色激光电离注入与组合的激光波长的$2.4\rm μm$和$0.8\rm μm$尾场激发和触发电子注入通过场电离,分别。$2.4\rm μm$波长的激光脉冲使得能够以相对低的激光功率驱动强加速结构。为了进一步降低对激光功率的要求,我们还提出了使用二氧化碳作为工作气体介质,其中碳作为注入元件。我们的全三维粒子模拟结果表明,在不久的将来,在激光参数可达到的条件下,该方案可以获得GeV能级的低能散(约1%)和高电荷(几十皮库仑)的电子束。
2016-03-03 physics.plasm-ph
Longitudinal Laser Shaping in Laser Wakefield Accelerators
本文研究了激光尾流场加速器中激光与等离子体相互作用过程中尾流激发的能量学。我们发现,尾流振幅和加速效率(Transformer比)可以通过适当的驱动激光脉冲的纵向轮廓的形状最大化。在激光与等离子体相互作用的非线性区域,导出了相应的激光脉冲族。这样的形状通过允许激光脉冲内的均匀光子减速而提供尾流场的大小和效率的理论上限。我们还构建了现实的最佳脉冲形状,可以产生在有限带宽的激光系统。
2000-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical study of electron acceleration by microwave-driven plasma wakefields in rectangular waveguides
School of Physics, Universidad Industrial de Santander(桑坦德工业大学生物物理学院)
本研究通过三维粒子-细胞模拟,探讨了微波驱动等离子体wakefield在矩形波导中对电子加速的机制,发现最佳加速需电子预加速至接近微波脉冲群速,能量增益可达10² keV。
2026-02-18 physics.plasm-ph
Role of direct laser acceleration in energy gained by electrons in a laser wakefield accelerator with ionization injection
利用粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器准井喷工作模式下激光横向电场对电子加速的影响。为了确保纵向压缩和/或横向聚焦的激光脉冲是不需要的尾流可以自陷等离子体电子之前,我们采用了电离注入技术。此外,改变等离子体密度,使得在最低密度下,激光脉冲仅占据尾流振荡的第一波长的一部分(加速桶),而在最高密度下,相同持续时间的激光脉冲填充整个第一桶。虽然在所有情况下,由于离子柱,被捕获的电子执行电子感应加速器振荡,在最低的等离子体密度,他们不与激光场相互作用,能量增益都是由于纵向尾场。然而,随着密度增加,由于在激光脉冲的偏振平面中经历电子感应加速器运动的那些电子的直接激光加速(DLA),可能对最大能量有显著贡献。最终,DLA可以是由于最高密度下的纵向场而导致的加速的主要能量增益机制。
2014-04-19 physics.plasm-ph
Proof-of-principle experiment for nanoparticle-assisted laser wakefield acceleration
在目前的工作中,我们首次展示了纳米粒子辅助激光尾场加速的原理验证实验。通过激光烧蚀铝产生的纳米颗粒被引入等离子体中,并用于触发电子注入到由高功率飞秒激光激发的非线性等离子体尾流中。实验结果表明,与电子自注入的情况相比,电子束的能量、能量扩展和发散角都有明显的提高。质量最好的电子聚束的峰值能量高达338 MeV的相对能量扩展为4.7%和5.9 mrad的垂直发散。该方法可以通过添加空气动力学透镜系统来进一步改进,例如,该空气动力学透镜系统将控制纳米颗粒尺寸、密度、材料和注入位置,从而允许精确控制激光尾波场加速器。
2019-02-10 physics.plasm-ph
Radiation Reaction of Betatron Oscillation in Plasma Wakefield Accelerators
本文提出了等离子体尾场加速器中电子感应加速器振荡辐射反应的经典模型。找到了纵向辐射反应产生的电子最大能量,分析了纵向和横向辐射反应效应对电子感应加速器振荡的阻尼。理论和数值解都显示出良好的协议。讨论了量子辐射的作用机制。该模型对于设计未来的等离子体超级加速器或对撞机具有重要意义。
2021-03-25 physics.plasm-ph
Positron acceleration by plasma wake fields driven by a hollow electron beam
研究了利用空心或圆环形电子驱动束产生正电子尾流场的方案。环形的无电子区域围绕中空驱动器束形成,从而产生用于正电子加速的有利区域(纵向场加速,横向场聚焦并且径向线性)。10 GV/m的数量级的加速梯度产生的空心电子束驱动器与FACET一样的参数。峰值加速场随着束驱动器中的总电荷线性增加,而有利区域($\sim$一个等离子体波长)的轴向尺寸保持近似固定。径向尺寸随着总电荷而下降,但仍然足够大以放置见证正电子束。我们模拟了一个有效的加速23 GeV的正电子束到35.4 GeV的最大能量扩展为0.4%,非常小的发射度超过140厘米的等离子体长度。
2014-10-31 physics.plasm-ph
Laser Wakefield Acceleration Using Wire Produced Double Density Ramps
提出了一种实现和控制激光尾场加速器加速段电子注入的新方法。它利用一根导线,将其引入超音速气体射流中,产生冲击波和三个不同等离子体电子密度的区域。如果适当地调整,激光等离子体相互作用发生在三个阶段:激光自压缩,电子注入和加速在第二个等离子体波周期。自注入相比,在一个恒定密度的等离子体中的非线性等离子体波的破波,该计划增加了高达一个数量级的准单能区的光束电荷。在第二等离子体波周期中的电子加速使电子束发散度降低约25%,并且在密度下降斜坡处的局部注入导致具有小于百分之几的相对扩展的光谱。
2012-10-25 physics.plasm-ph
LCODE: a parallel quasistatic code for computationally heavy problems of plasma wakefield acceleration
LCODE是一个自由分发的准静态2D 3V等离子体尾流场加速程序,主要用于研究超相对论粒子束在等离子体中的长期传输。光束模型完全相对论宏观粒子在与光速共同传播的模拟窗口;等离子体可以用动力学或流体模型来模拟。使用多种技术来获得卓越的数值稳定性和精度,同时保持高资源效率,使LCODE能够模拟长粒子束在长传播距离上的演化,即使在笔记本电脑上。最近的一次升级使LCODE能够并行执行计算。通过MPI(消息传递接口)通信的多个LCODE进程的流水线能够在单次通过中执行多个连续的模拟时间步。这种方法可以将计算速度提高数百倍。
2015-11-13 physics.plasm-ph
Multi-chromatic narrow-energy-spread electron bunches from laser wakefield acceleration with dual-color lasers
提出了一种基于激光尾场加速的方法,利用另一束三倍频激光触发可控电离注入,产生低能散电子束团。当双色脉冲在背景等离子体中共同传播时,由于等离子体色散,组合激光场的峰值幅度在激光传播期间在时间和空间上被调制。当峰值幅度超过特定阈值时,发生电离注入。在不同的传播距离上,在有限的持续时间内周期性地超过阈值,导致多次电离注入和分离的电子聚束。该方法是通过多维粒子在细胞模拟。这样的电子聚束可以用于生成用于各种应用的多色X射线源。
2015-01-27 physics.plasm-ph
Optical Shaping of Plasma Cavity for Controlled Laser Wakefield Acceleration
激光尾流场加速器依赖于相对论运动的微米级等离子体腔,其提供> 100 GV/m的极高电场。在这里,我们展示了横向成形的等离子体腔产生受控的亚GeV电子束,采用激光脉冲与轴向可旋转的椭圆形焦斑。我们展示了通过旋转焦斑对电子自注入、电荷和电子束横向轮廓的控制能力。我们观察到,椭圆焦斑的效果是印记在电子束的轮廓和电子能量增加,相比,一个圆形焦斑的情况下。我们进行了三维粒子模拟,再现了实验结果,并揭示了一个新的非对称自注入过程的动力学。这种简单的方案提供了一种新的控制方法,激光尾场加速产生定制的电子束和X射线的各种应用。
2020-09-21 physics.plasm-ph
Beam-Driven Systems, Plasma Wakefield Acceleration
我们扩展了在CERN加速器学院关于等离子体尾场加速的先前论文集中发表的材料。该材料侧重于在短、窄束区中的等离子体尾场加速。在简要介绍了等离子体尾场加速器的基本原理后,我们描述了束流训练驱动的等离子体尾场加速器。然后,我们试图给出简单而直观的描述聚束自调制,发生时,聚束是长的,和电流的反射,发生时,聚束是宽的。自调制是一种利用现有的带有大量能量的聚束来驱动等离子体尾场的方法。在横向分裂可能破坏尾场产生和加速过程之前,电流偏转不稳定性对粒子束的宽度施加了限制。与前面的材料一样,我们展示了一些实验结果,这些结果表明,大部分物理现象都是在实验中观察到的。
2020-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Brief Review of Plasma Wakefield Acceleration
等离子体尾场加速器承诺巨大的加速度梯度,比今天的传统射频(RF)加速器大三个数量级。这些新的加速器也显示出以几乎相同的因子减小未来加速器尺寸的潜力。本文简要介绍了等离子体尾场加速器的工作原理,并介绍了该领域的最新进展。给出了当前的挑战和潜在的未来使用的等离子体尾场加速器进行了讨论。
2020-02-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Batch Bayesian optimization of attosecond betatron pulses from laser wakefield acceleration
Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学);University of Oxford(牛津大学);Horia Hulubei National Institute for Physics and Nuclear Engineering(霍里亚·胡利贝国家物理与核工程研究所)
本研究利用批量贝叶斯优化提升阿秒betatron源的辐射功率,通过等离子体密度尖峰触发高电荷电子束生成,实现功率提升超过一个数量级。
2026-01-30 physics.plasm-ph
High efficiency uniform wakefield acceleration of a positron beam using stable asymmetric mode in a hollow channel plasma
在井喷制度的等离子体尾场加速是特别有前途的高能量加速的电子束,因为它的潜力,同时提供大的加速梯度和高的能量转移效率,同时保持良好的束质量。然而,迄今为止还没有发现等离子体尾流中正电子加速的等效机制。我们表明,经过一个短的传播距离,一个不对称的电子束驱动一个稳定的尾场在一个中空的等离子体通道,可以加速和聚焦的正电子束。在驱动束团后面适当距离处放置高电荷正电子束团,可以对纵向尾场进行束流加载或平坦化,并增强横向聚焦力,从而导致正电子的高效率和窄能量扩展加速。三维准静态粒子模拟结果表明,该方案可以同时获得30%以上的尾流能量提取效率和1%的能级能量扩展,进一步优化是可行的。
2021-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable bunch trains for plasma wakefield acceleration
只有当所有的带电粒子束都处于尾流场的聚焦和减速阶段时,一串短的带电粒子束训练才能有效地驱动强等离子体尾流场通过长的传播距离。这是可能的等距束列,但需要束电荷增加沿训练和等离子体频率高于束重复频率。
2017-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-truncated ionization injection and consequent monoenergetic electron bunches in laser wakefield acceleration
在激光尾场加速中,电离诱导注入是一种很有前途的注入方案。然而,这种机制中的能量扩散控制仍然是一个挑战,因为在混合气体目标中的连续注入通常是不可避免的。在这里,我们建议,通过使用某些最初不匹配的激光脉冲,电子注入可以被约束到混合气体目标的最前面的区域,通常在由激光驱动的气泡变形确定的几百微米的长度。在一定的优化条件下,注入区被很好地限制在$200\rm μm$内,根据粒子模拟,可获得中心能量为383 MeV、能散FWHM为3.33%、归一化发射度为3.12 mm mrad、电荷为14.58 pC的电子束。多维仿真和理论分析都说明了该方案的有效性。
2013-12-20 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of plasma wakefield formation in microwave waveguides
本研究通过三维粒子网格模拟,探究微波脉冲在矩形等离子体波导中激发静电尾场的形成与结构,为微波驱动等离子体加速方案的可行性奠定理论基础。
2025-06-21 physics.plasm-ph
Electron self-injection for the acceleration in laser-pulse-wakes in the presence of a `strong' external magnetic field
外加强度为B~ 10 T的静磁场,在一个波周期的最大密度斜坡附近改变电子运动,可导致激光尾流破波。数值模拟结果表明,这可以改变激光尾流场中电子自注入的共振特性,通过适当选择磁场强度可以控制激光尾流加速阶段的总电荷量.
2012-02-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimization of the characteristics of a relativistic electron beam based on laser wake-field acceleration using a non-symmetric gas target profile
Hellenic Mediterranean University(希腊地中海大学);Technical University of Crete(克里特理工大学);University of Bordeaux-CNRS-CEA(波尔多大学-CNRS-CEA)
本研究通过非对称气体靶结构优化,实现了高能高电荷电子束的产生,显著提升了电子束的总电荷和能量,为高剂量放射治疗提供新途径。
2025-12-22 physics.plasm-ph
Quasi-phasematched laser wakefield acceleration
激光尾场加速(LWFA)中的能量增益最终受到退相的限制,当被加速的电子超过尾场的加速相位时发生退相。我们应用准相位匹配,使轴向调制等离子体通道,以克服这一限制。通过使调制周期与退相长度匹配,相对论性电子可以在几个退相长度上经历能量增益。理论和模拟结果表明,在弱相对论激光强度(~10^17 W/cm 2)和毫焦耳级脉冲能量下,准相位匹配LWFA的能量增益比标准LWFA大50 MeV。
2013-10-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of wakefields and electromagnetic solitons in relativistic degenerate plasmas
研究了相对论简并等离子体中强线偏振电磁波与纵向电子密度扰动的非线性相互作用。电磁波和纵向场的非线性动力学,由电磁波有质动力驱动,是由一组耦合的非线性偏微分方程。对这些耦合方程的数值模拟表明,在含有$R_0\equiv p_F/mc\ll1$和$v_g/c\sim1$的弱相对论简并等离子体中产生尾场是可能的,其中$p_F$是费米动量,$m$是电子质量,$c$是真空中的光速,$v_g$是EMW群速度.当$v_g/c$减小到$\sim0.1$时,尾波场的产生被抑制,而纵向场被局域化,形成类孤子结构。而在中等$(R_0\lesssim1)$或强相对论简并$(R_0>1)$与$v_g/c\sim0.1$的区域中,只能形成电磁孤子。
2020-01-10 physics.plasm-ph
Plasma electron trapping in quasistatic simulations of plasma wakefield acceleration
等离子体尾场加速研究目前相当依赖于使用高度专业化的软件数值模拟这种效果。问题的计算难度太大,需要简化模型和方法,限制了这种软件的适用性。例如,准静态近似利用不包括由尾流场捕获等离子体电子的等离子体模型。本文提出了一种利用准静态等离子体束求解器计算尾流场俘获等离子体电子参数的方法。
2017-12-03 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Charge coupling in multi-stage laser wakefield acceleration
多级激光加速技术是全光无抖动电子加速器的关键技术之一。使用几个独立的激光驱动器和较短长度的等离子体靶允许稳定的和可再现的加速电子聚束(或束)在GeV的能量与较低的能量扩展。同时,在连续加速阶段中有效加速所需的电荷耦合共同取决于注入电子束、升压阶段和激光脉冲尾流中电子束的非线性横向动力学的参数。非匹配电子束注入助推级后,其非线性横向演化会导致尾流场加速阶段的场强扰动甚至降低。在多级激光尾场加速中,电荷耦合的分析和表征变得至关重要。在这里,我们调查两个阶段LWFA通过完全相对论多维粒子在细胞中的模拟,并根据最关键的参数,这会影响有效的耦合和加速的电子束在助推器阶段。
2019-11-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of ultrafast electron bunch trains via trapping into multiple periods of plasma wakefields
我们提出了一种新的方法来产生飞秒电子束通过激光驱动的尾场加速列车。我们使用两个独立的高强度激光脉冲,一个驱动器和注射器,每个都创建自己的等离子体尾流。激光脉冲和它们的尾流的相互作用导致自由电子通过几种机制周期性地注入驱动等离子体尾流中,包括有质动力漂移、尾流-尾流干扰和由强激光场直接预加速电子。电子列车产生了多达4个准单能束,每个分离的时间由等离子体周期。所产生的列车的时间分布推导出从梁加载的分析,并确认使用2D粒子在细胞模拟。
2020-03-05 physics.plasm-ph
Coupling Effects in Multi-Stage Laser Wake-field Acceleration of Electrons
分级激光尾流场加速是研制全光抖动自由电子加速器的必要技术。将加速长度分成几个技术部分,其长度小于退相长度,并具有独立的激光驱动器,从而可以产生稳定的、可再现的加速场。预加速电子束团在连续激光脉冲尾场加速阶段的时空耦合是分段激光驱动加速的关键。在这里,耦合的表征是用密集的、稳定的、窄的能带<3%的和能量可选的电子束进行的,电子束具有从激光等离子体阴极产生的~1.6 pC的电荷和~10 MeV的能量。在低密度预等离子体中的电子聚束的累积聚焦,表现出Budker-Bennett效应,被示出导致有效的电子注入,即使在激光脉冲尾流中的注入器和助推器之间的长距离。测量的电子束的特性修改的助推器尾场同意与多维粒子模拟得到的。
2019-08-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Determination of hybrid and direct laser acceleration dominated regimes in a 55fs laser driven plasma accelerator with ionization induced injection
利用55fs激光驱动等离子体加速器,研究了不同加速机制(直接激光加速(DLA)和尾流场)对等离子体加速的影响。在较低的电子密度,电子加速可以主要归因于DLA电离诱导注入。随着密度的增加,尾流场的作用越来越大,导致混合制度,并在密度高于自注入阈值,实验观察到的DLA和尾流场的贡献是可比的。在纯氮靶的情况下也观察到了主导DLA机制。使用EPOCH代码进行的2D PIC模拟证实了上述情况,并且还显示了表面波的产生,被认为是DLA预加速的潜在机制。
2019-08-08 physics.plasm-ph
Trapping, Compression and Acceleration of an Electron Bunch in the Nonlinear Laser Wakefield
本文提出并考虑了一种激光尾场加速方案,即当激光脉冲前有一束相对稀少的长束非相对论性或弱相对论性电子时。本文研究了在一维尾流场和三维激光尾流场中等离子体通道中测试电子的运动。结果表明,聚束被捕获,有效地压缩在纵向和横向方向上,并加速到超相对论能量的尾场的第一个加速最大值的区域。加速的聚束具有比等离子体波长小得多的尺寸和相对小的能量扩展。
2001-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental Demonstration of Beam-Driven Wakefield Acceleration in Laser-Plasma Filament
INFN-LNF(意大利国家核物理实验室);Università di Roma Tor Vergata(罗马托尔维加塔大学);Racah Institute of Physics, Hebrew University(希伯来大学拉卡物理学研究所)
本研究通过实验演示了利用激光等离子体丝实现束驱动激荡加速,展示了超过250 MV/m的加速场,并验证了该方法在高重复率和可控等离子体参数方面的优势。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Wakefield acceleration of self-injected bunch in a conical plasma channels
针对激光尾场加速中自注入粒子束因超驱动速度移出最大加速相位的问题,提出采用锥形渐变通道通过缩小气泡尺寸同步束与尾波相位,所得相关参数变化关系可为后续研究提供参考。
2025-09-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultimate plasma wakefield acceleration with 400 GeV proton driver
发现了一种新的质子驱动等离子体尾场加速机制,即等离子体非线性使激发波相速度比质子相速度大。如果束电荷比激发非线性波所需的最小值大得多,则在选择纵向等离子体密度分布以使波速度接近光速方面有足够的自由度。这使得电子或正电子可以用400 GeV的质子驱动器加速到大约200 GeV。
2021-05-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron plasma wake field acceleration in solar coronal and chromospheric plasmas
本文介绍了适用于太阳大气的电子等离子体尾流场加速的三维粒子模拟。它是建立的,注入驱动和尾随电子束到太阳日冕和色球等离子体中,导致电场($-(20-5) \times 10^{6}$ V/m),导致尾随束加速到52兆电子伏,从最初的36兆电子伏。这一结果为极高能太阳耀斑电子激发等离子体尾流场加速提供了一种潜在的重要机制。
2017-06-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
New regime of plasma wake field acceleration in the extreme blowout regime
采用三维粒子模拟方法研究了质子驱动等离子体尾流场加速问题,即利用高能质子束团驱动等离子体尾流场加速电子束。发现了一种新的参数区域,其产生的基本恒定的电场比AWAKE设计的电场大三个数量级,即$2 \times 10^{3}$ GV/m的数量级。这是实现在极端井喷制度,当驱动质子束的数密度超过等离子体电子数密度100倍。
2018-11-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Ultrabrilliant Positron Beam via Superponderomotive Injection in Laser Wakefield Acceleration
Xi’an Jiaotong University(西安交通大学);Nankai University(南开大学)
该研究提出激光尾场加速中超有质动力注入方法,通过粒子模拟验证产生低发射度多周期正电子束,为超高亮度正电子源提供新型紧凑途径。
2026-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient injection of radiation-pressure-accelerated sub-relativistic protons into laser wakefield acceleration based on 10 PW lasers
我们提出了一种混合激光驱动的离子加速方案,使用固体箔和密度定制的背景等离子体的组合目标。在第一阶段,强激光与固体薄膜相互作用中的辐射压加速可产生亚相对论质子束。在第二阶段,该次相对论质子束被进一步加速的激光尾流场驱动的相同的激光脉冲在近临界密度的背景等离子体密度下降的轮廓。在第二阶段开始时,激光波前的传播速度和激发尾场波的相速度被有效地降低。通过沿激光传播方向从临界密度附近逐渐降低背景等离子体密度,尾流在加速质子的同时行进得越来越快。因此,质子和尾流之间的退相被推迟,并且实现有效的尾流场质子加速。这种混合激光驱动质子加速方案可以通过使用峰值功率为10 PW的超短激光脉冲产生多GeV质子束来实现。
2018-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Single-Shot Characterization of High Transformer Ratio Wakefields in Nonlinear Plasma Acceleration
等离子体尾场可以使前沿高能粒子加速器具有非常高的加速梯度,超过10 GeV/m。为了克服对可实现的总加速度的限制,可以在线性和非线性等离子体尾流场加速器(PWFA)中使用特殊形状的驱动束,以增加Transformer比,这意味着相对于在尾流中获得的加速度,驱动束减速度被最小化。在这封信中,我们报告的非线性PWFA,高Transformer比实验的结果,使用高电荷,纵向不对称的驱动光束在等离子体细胞。发射度交换过程用于产生可变的驱动电流分布,结合长(多个等离子体波长)的见证光束。验证光束由尾流场进行能量调制,从而在单次测量中产生包含详细光谱信息的响应。使用这些方法,我们产生了各种光束的轮廓和特征的尾场,直接观察梁加载的Transformer比高达R=7.8。此外,一个基于光谱的重建技术,通过三维粒子模拟验证,被引入到减速尾流数据获得驱动束流分布。
2019-10-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration rate enhancement by negative plasma density gradient in multi-bunch driven plasma wakefield accelerator
本文提出在多束驱动的等离子体尾场加速器中引入负等离子体密度梯度,通过仅调节驱动束与波的相对相位并保持波相位稳定,从而在有限长度内提升被加速束的能量增益。
2024-11-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma wakes driven by Compton scattering: Non-linear regime and particle acceleration
GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa(等离子体与核聚变研究所/高能量密度物理实验室,技术高等学院,里斯本大学)
研究通过康普顿散射驱动等离子体激波的非线性机制,揭示其在实验室和天体物理中的加速效应及观测前景。
2026-01-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Effect of Dielectric Wakefields in a Capillary Discharge for Plasma Wakefield Acceleration
该研究针对等离子体尾场加速用介质毛细管的介质尾场效应,实验验证了驱动束团轨迹偏移、沿束位置对偏转效应的影响,探究了尾场衰减规律,为相关加速器设计提供了参考。
2024-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of plasma inhomogeneity on plasma wakefield acceleration driven by long bunches
数值研究了等离子体不均匀性对自调制质子束团和加速电子的影响。其主要影响是尾波场波长的变化,这将导致相移和加速粒子的损失。这种效应对长粒子束驱动的等离子体尾场加速器的密度均匀性提出了严格的限制。横向双流不稳定性,转换成一个训练的微束的长束是不太敏感的密度不均匀性比加速粒子。束自由地穿过密度增加的区域并与密度减小的区域相互作用。
2012-05-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph