Plasma based helical undulator for controlled emission of circularly and elliptically polarised betatron radiationJ. Vieira, J. Martins, U. Sinha
我们探讨了等离子体为基础的模拟的螺旋波荡器能够提供圆和椭圆偏振的电子感应加速器辐射。我们专注于电离注入配置和激光脉冲驱动器的条件下，可以迫使集体电子感应加速器振荡整个被困电子束。通过分析模型和采用三维模拟和辐射计算，我们发现，圆或椭圆偏振激光驱动器可以迫使螺旋电子感应加速器振荡，产生圆/椭圆偏振电子感应加速器X射线。我们评估的偏振水平的数值和分析，并发现，圆偏振光子的数量可以通过调整激光脉冲驱动器偏振控制。我们展示了在最大光子通量区域附近，圆偏振度高达< 40%的电子感应加速器辐射的产生。对于椭圆偏振驱动器，圆偏振电子感应加速器辐射的总通量下降，并且当使用线偏振时可以忽略不计。我们的结果可以在今天的实验设施进行测试。
2016-01-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bright gamma-rays from betatron resonance acceleration in near critical density plasma
我们表明，在近临界密度等离子体中，由超强超短激光脉冲加速的电子感应加速器共振可作为高亮度伽马射线源。与低密度等离子体中的激光等离子体X射线源相比，近临界密度等离子体提供了三个电子辐射优势：更多的辐射电子、更大的横向振幅和更高的电子感应加速器振荡频率。三维粒子模拟结果表明，在7.4J的激光脉冲作用下，产生了8.3mJ的辐射，其临界光子能量为1MeV。临界光子能量$E_c$随入射激光能量的增加而增加，其增加速度大于线性关系。$W_I$与$E_c \propto W_I^{1.5}$成比例，相应的光子数与$W_I$成比例。建立了一个简单的类同步辐射解析模型，可以解释模拟结果。
2013-10-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Elevating electron energy gain and betatron X-ray emission in proton-driven wakefield acceleration
本文通过 particle-in-cell 模拟研究等离子体密度对质子驱动尾场加速的影响，发现提高密度可增强共振尾场、见证束能量增益及硬 X 射线至伽马射线波段的 betatron 辐射，但非线性饱和会限制其标度增长。
2024-04-30 physics.acc-ph
Observation of high efficiency Betatron radiation from femtosecond petawatt laser irradiated near critical plasmas
本文介绍了拍瓦级激光辐照近临界等离子体产生高转换效率的Betatron X射线辐射的实验研究。当~ 5e 20 W/cm 2强度的激光脉冲聚焦到具有3e 20/cm 3电子密度的等离子体中时，直接激光加速充当主导机制。电荷约为35 nC的电子束被加速到最大能量为70 MeV，并在激光场中振荡时发射X射线。从激光到X射线的能量转换效率可达1 e-4，比其他电子感应加速器的能量转换效率高出几个数量级。通过二维粒子模拟进一步解释了尖锐等离子体密度边界对加速和辐射的增强作用。
2021-09-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Restoring betatron phase coherence in a beam-loaded laser-wakefield accelerator
激光尾波场加速中的匹配束流加载，表征了加速电场沿束团的平坦状态，导致在高束团电荷时能量扩展最小化。在这里，我们证明了通过独立控制注入的电荷和加速度梯度，使用自截断电离注入方案，最小的能量扩散与归一化光束发散度的减少相一致。同时确认一个恒定的光束半径在等离子体出口处，推导出电子感应加速器辐射光谱，我们将这种效果的减少彩色电子感应加速器退相干。因此，束加载LWFA能够实现最高的纵向和横向相空间密度。
2021-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Betatron emission as a diagnostic for injection and acceleration mechanisms in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器中的Betatron X射线发射是一种有前途的紧凑型源，可以替代传统的X射线源，基于大型机器。除了作为一个潜在的源，对电子感应加速器辐射的精确测量可以揭示关于相对论性激光-等离子体相互作用的重要信息。我们表明，发射长度和位置的X射线发射可以通过放置一个孔掩模靠近源，并通过测量束轮廓的电子感应加速器的X射线辐射远离孔掩模。X射线发射的位置给出了关于等离子体波破碎的信息，从而给出了关于激光非线性传播的信息。此外，纵向延伸的测量有助于确定加速度是否受到泵耗尽或失相效应的限制。在多次进样的情况下，它用于明确检索每次进样在血浆中的位置。这种技术也被用来研究如何，在毛细管放电，放电和激光脉冲之间的延迟的变化影响的相互作用。该研究表明，对于适合激光引导的延迟，X射线发射仅发生在毛细管的后半部分：在前半部分没有电子注入和加速。
2012-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation of x-ray wakefield acceleration and betatron radiation in nanotubes
虽然晶体通道中的尾场加速已经被提出，但自从单循环光学激光压缩技术的发明以来，X射线尾场加速直到最近才成为现实的可能性。我们研究了固体材料内部纳米通道引导的相干超短X射线脉冲引起的尾场加速。通过二维粒子在细胞的计算机模拟，我们表明，TeV/cm的加速度梯度是可以实现的。这是约3个数量级强于传统的等离子体为基础的尾流场加速，这意味着一个非常紧凑的计划，以获得可再生能源的可能性。除了粒子加速外，该方案还能诱发~O（10-100）MeV的高能光子发射。我们的模拟证实了这样的高能光子发射，这是在对比的光学激光驱动尾场方案诱导。此外，还讨论了高能电子发射率的显著提高。
2018-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Tailored Three Dimensional Betatron Dynamics in UltraStable Hybrid Laser Plasma RF Accelerators
本文研究了超稳混合激光等离子体射频加速器中通过射频参数调控横向、纵向及极化动力学的机制，揭示了非线性共振与阻尼现象的控制方法。
2025-12-02 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Study of external electron beam injection into proton driven plasma wakefields for AWAKE Run2
我们描述了一种用于AWAKE实验的外部电子注入方案。我们使用散射在两个箔，这是必要的真空窗口和激光束转储，以减少输入电子束注入和匹配到等离子体尾场驱动的自调制质子束流的电子感应加速器功能。我们发现，对于总铝箔厚度为$\sim 280\, μ$ m，多次库仑散射增加了由一个因素的$\sim 10$的束流发射度和减少了由一个因素的$\sim 3$的电子感应加速器功能。加速器中的等离子体由电离激光脉冲产生，相对于电子束反向传播。这允许电子聚束通过“无限”尖锐的蒸气-等离子体边界进入等离子体，远离箔。
2019-11-27 physics.acc-ph
Controlled Betatron X-Ray Radiation from Tunable Optically Injected Electrons
激光等离子体加速器中产生的Betatron X射线辐射特性与辐射源中的相对论电子的性质密切相关。虽然在相互作用制度探索以前的来源是由性质不稳定的，电子束的波动后，我们在这封信中证明的可能性，以产生X射线Betatron辐射与控制和可重复的功能，允许其性能的精细研究。为此，Betatron辐射使用来自具有碰撞脉冲注入的激光等离子体加速器的具有可调能量的单能电子产生[J.Faure等人，Nature（London）444，737（2006）]。所提出的研究提供了电子和X射线之间的相关性的证据，所获得的结果打开显着的前景走向生产一个稳定的和受控的飞秒Betatron X射线源在千电子伏范围内。
2011-12-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced energy gain through higher-order resonances during direct laser acceleration with superluminal phase velocity
本文研究超光速相速度下的直接激光加速，揭示其产生的非单调频率比可在宽能区内维持高阶共振匹配，使高阶共振取代基频电子感应加速器共振成为增强电子能量增益的主导机制。
2025-07-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Phase-Space Shaping due to Betatron Cooling in Wakefield Accelerators and the Onset of the Ion-Channel Laser
University of Oxford（牛津大学）
本研究针对高密度等离子体尾场加速器中电子感应辐射影响束流动力学的问题，发现电子感应冷却会引发束流相空间结构化，形成振荡振幅粒子数反转的环形结构，解析推导了特征时间尺度并经多维PIC模拟验证，为产生可触发相干电子感应辐射的自结构化束流提供了新机制。
2026-10-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Resonant RF Wakefield Coupling for Radiation-Reaction Control of 3D Betatron Dynamics in Hybrid Laser Plasma Accelerators
Alzahra University（阿尔扎哈拉大学）
本文研究了混合激光等离子体加速器中通过共振射频腔体耦合控制三维betatron动力学的辐射反应问题，结合分析模型和PIC模拟，揭示了射频场与自然betatron频率的共振机制及其对束流稳定性的影响。
2026-04-27 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Transverse Oscillating Bubble Enhanced Laser-driven Betatron X-ray Radiation Generation
超快高亮度X射线脉冲已被证明是非常宝贵的广泛的研究。这种脉冲通常是通过使用大型设施从相对论电子聚束的同步辐射产生的。最近，基于激光尾场加速（LWFA）电子束的更紧凑的X射线源已被证明。特别地，激光驱动源（其中辐射由等离子体加速器结构内的电子的横向振荡（所谓的电子感应加速器振荡）生成）可以使用非常简单的设置来生成高度明亮的超短X射线脉冲。在这里，我们实验证明了一种方法，以显着提高和控制参数的LWFA驱动的电子感应加速器X射线发射。与我们的新的横向振荡气泡增强Betatron辐射（TOBER）计划，我们显示了显着增加所产生的光子的数量，通过专门操纵的Betatron振荡的振幅。我们实现这一点，通过协调的演变的时间激光脉冲的形状和加速等离子体结构。这导致执行大振幅集体横向电子感应加速器振荡的电子的受控离轴注入，从而导致增加的辐射发射。我们的概念持有承诺的方法，以优化特定应用的X射线参数，如时间分辨的调查与空间和时间的原子分辨率或先进的高分辨率成像模式，并产生X射线光束具有更高的峰值和平均亮度。
2022-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase-dependent bubble hosing and resonant amplification of betatron oscillation in few-cycle laser wakefield accelerator
本研究通过PIC模拟与理论分析，揭示了少周期激光尾场加速器中气泡呼吸效应引发电子束感应加速振荡参数放大、导致束质量下降的机制，为长尺度激光尾场加速研究提供了关键参考。
2024-08-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase-Selective Excitation of Betatron Oscillations by Nonadiabatic Magnetic-Field Switching
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
非绝热磁场切换可控制激光等离子体加速器中的Betatron振荡，通过快速关闭磁场改变轨道并产生相干干涉，影响振荡幅度，理论模型表明切换参数χ决定非绝热与绝热区域。
2026-07-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of stable ultra-relativistic attosecond electron bunches via the laser wakefield acceleration mechanism
在最近的实验中，利用激光尾场加速器（LWFA）在不同的区域产生了超相对论飞秒电子聚束。在这里，我们预测，即使阿秒聚束可以产生的LWFA由于快速感应加速器相位混合内的飞秒电子聚束。阿秒束团在LWFA外是稳定的，可以在真空中传播几十厘米而持续时间没有明显变化。我们的计算表明，阿秒聚束的形成的证据可以发现在相干感应加速器辐射的光谱从LWFA的。
2009-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiative Losses in Plasma Accelerators
利用经典力学，考虑辐射反作用力的作用，研究了强非线性等离子体波中相对论电子的动力学行为。两个极限情况下考虑。在第一种情况下，被加速的电子的能量很低，电子在加速过程中产生许多电子感应加速器振荡。在被加速的电子的能量高的第二种情况下，电子感应加速器振荡周期比加速阶段中的电子停留时间长。我们表明，辐射摩擦力可以严重限制等离子体加速器中的电子加速率。
2007-05-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron energy gain due to a laser frequency modulation experienced by electron during betatron motion
本文研究直接激光加速中电子的 betatron 运动，指出激光频率调制可在每场 betatron 振荡三次激光振荡时打破增益与损失抵消，产生净能量增益。
2023-12-11 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Laser-Polarization Dependence of Betatron X-Ray Production and Angular Collection in Laser-Wakefield Acceleration
Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP)（极轻基础设施-核物理研究所）；Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)（霍里亚·胡卢贝伊国家物理与核工程研发研究所）；ELI Beamlines Facility, Extreme Light Infrastructure ERIC（极轻基础设施欧洲经济利益集团光束线设施）
研究激光偏振对尾场加速中betatron X射线产生及角向收集的影响，发现LP与CP在不同阶段和靶长下产额各异，LP后期优势因角向展宽而减弱，但整体中心光子更多，CP照明更均匀。
2026-09-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of a femtosecond-scale temporal structure of a laser driver on generation of betatron radiation by wakefield accelerated electrons
通过利用在相同能量下具有较短持续时间的激光驱动器，可以增加由激光尾场加速电子产生的电子感应加速器辐射的亮度。这种缩短是可能的脉冲压缩后，其非线性自相位调制在薄板。然而，这种方法可能导致相当复杂的飞秒尺度的脉冲时间结构。在这项工作中，数值模拟的结果表明，存在一个基座或预脉冲包含几个或更多的主脉冲能量可以抑制加速过程，并导致较低的能量的加速电子和产生的光子。同时，在主脉冲之后的最佳距离处存在相对长且强的后脉冲可以增强加速电子的振荡并增加电子感应加速器辐射的亮度。
2022-07-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation reaction-dominated regime of wakefield acceleration
本文研究了电子在等离子体尾流场中的横向振荡所产生的辐射-反作用力对电子加速的影响。辐射反应的经典和强量子电动力学（QED）的限制。对于恒定的加速力，我们表明，振幅的振荡的QED参数$χ$在辐射占主导地位的制度，达到平衡值仅由加速场的大小，而平均过感应加速振荡辐射反作用力饱和的值小于加速力，因此是无法防止无限加速。我们找到的参数的电子束和等离子体加速器，达到这样的制度是可能的。我们还研究了在加速过程中的失相和相应的加速力的变化的影响，并得出结论，辐射主导的制度是实现在单级加速与缓慢的失相（通常对应于聚束驱动的等离子体加速器）和多级加速与快速的失相（对应于使用激光驱动的加速器）的情况下。
2021-09-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Discharge Undulator: a novel concept for plasma-based radiation sources
University of Rome “La Sapienza”（罗马大学）；INFN—Milan（意大利国家核物理研究所米兰分部）
本文提出等离子体放电偏振器概念，通过高电流放电产生强聚焦和可调偏振强度，实现紧凑、可调谐的等离子体光源。
2026-01-10 physics.acc-ph
Modeling Betatron Radiation Diagnostics for E-310 -- Trojan Horse
SLAC国家加速器实验室先进加速器实验测试II（FACET-II）设施的E-310实验旨在演示等离子体光阴极产生高亮度光束。Betatron辐射将由康普顿光谱仪测量，该光谱仪目前正在加州大学洛杉矶分校开发，以提供单发，无损光束诊断。我们给出了一个简要的概述，这种光谱仪以及双差分光谱重建光谱仪图像和光束参数重建从这个双差分光谱。我们讨论了三种模型的电子感应加速器辐射：一个理想化的粒子跟踪代码，计算辐射的Liénard-Wiechert电位，准静态粒子在细胞（PIC）代码，计算辐射的Liénard-Wiechert电位，和一个完整的PIC代码计算辐射使用蒙特卡罗QED方法。比较了三种模型计算的简单情况下的谱。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Intrinsic Stabilization of the Drive Beam in Plasma Wakefield Accelerators
驱动束流的软管不稳定性是影响等离子体尾场加速器稳定运行的主要问题。在这项工作中，我们表明，驱动光束的横向尺寸相当于等离子体吹出半径产生一个尾流与沿光束的变化聚焦，这导致了快速失谐的切片感应加速器振荡和抑制的不稳定性。这种固有的稳定原理提供了一种适用且有效的方法，用于抑制驱动梁的振荡，并允许稳定的加速过程。
2018-06-29 physics.acc-ph
Robust Betatron-Tune Measurement from Schottky Spectra: Complementary Classical and Deep-Learning Paradigms
Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海应用物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高级研究院）
针对紧凑型医用质子同步加速器调谐测量难题，开发经典与深度学习互补的调谐估计器。经典方法通过多宽度匹配滤波器组检测边带并进行子区间估计；深度学习利用卷积神经网络将光谱转换为调谐似然图。两种方法在不同数据上表现良好，支持实时调谐测量。
2026-07-22 physics.acc-ph
High-energy betatron source driven by a 4-PW laser with applications to non-destructive imaging
拍瓦级激光器通过激光尾场电子加速可以产生多GeV的电子束。作为一个副产品，加速的电子束可以产生广泛的同步辐射，称为电子感应加速器辐射。在目前的工作中，我们测量从2 GeV，215 pC的电子束，这表明了一个广泛的辐射光谱的临界能量为515 keV，扩展到MeV的光子能量和10 mrad的发散产生的辐射的属性。由于其高能量和通量，这种辐射是致密物体伽马射线照相术的理想候选者。我们采用了一个紧凑的电子感应加速器辐射设置操作在相对较高的重复率（0.1赫兹），并用它来扫描厘米大小的对象：DRAM电路，BNC和SMA连接器，挂锁和气体喷嘴。GEANT 4模拟进行再现的气体射流的射线照片。该装置和辐射源可以在亚毫米级揭示物体的内部结构，证明它可以进一步应用于诊断各种部件中的裂纹或孔。这里介绍的辐射源是一个有价值的工具，用于无损检测和高能量密度物理学，如核聚变。
2022-11-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Development of LPA based hard X-ray sources at ELI Beamlines
本文报道了基于激光等离子体加速器的ELI束线X射线源的研制。ELI Beamlines的主要目标之一是为来自不同研究领域的用户提供超短粒子束和复杂X射线源。两个基于激光等离子体加速（LPA）的高光子通量硬X射线电子感应加速器源正在调试中。第一个源是位于实验大厅E2的伽马射线管束线。它提供的X射线脉冲的能量从1-100 keV的电子感应加速器和高达一个MeV的康普顿计划。设计了一种新型的X射线光学器件，作为这些硬X射线源的聚焦光学器件，以供用户使用。基于LPA的第二个硬X射线源正在ELI等离子体物理平台（P3）中开发，该平台将用作有源诊断HED和实验室天体物理学、多束实验和基础研究。这个源程序现在正在调试中，我们将呈现第一个实验结果。此外，我们提出了一种新的方案，用于增强X射线通量的基础上的电子感应加速器振荡增强的非线性共振，由于与双色激光场的相互作用。此外，我们将介绍一种新的光学探测技术，具有高灵敏度，以表征低密度气体目标的激光等离子体加速器。这是通过采用探测光束多次通过物体并在各次通过之间中继成像物体来实现的。
2022-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Relativistic Electron Beam Slicing by Wakefiled in Plasmas
本文提出了一种利用强流超短激光脉冲作用后的等离子体尾流场横向分量对高能电子束进行切片的方法。尾流场的横向分量聚焦电子聚束的一部分，其经历电子感应加速器振荡。可以使电子聚束的聚焦部分的长度基本上小于尾波场波长。
2006-06-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable particle acceleration in co-axial plasma channels
等离子体加速器中可达到的Transformer比受到不稳定性的限制。使用三维粒子在细胞模拟，我们表明，这些可以控制使用一个中空的等离子体通道与同轴等离子体灯丝。驱动器散射来自灯丝的电子，并且离子的缓慢箍缩导致有效电子感应加速器频率的强啁啾，从而防止束分裂。我们演示了单能加速的电子束到20 GeV超过4.4米，实现了Transformer比为10，能量效率为40%，发射度为1.8微米。
2019-10-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Wakefield Acceleration of Particle in a Plasma
综述了多Tev直线加速器的现状和前景。
2005-05-17 physics.acc-ph
Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration
等离子体尾场加速，无论是激光驱动的还是电子束驱动的，已经被证明具有很大的潜力。然而，如何扩展这些方法以使粒子达到TeV范围并不明显。本文讨论了质子束团驱动等离子体尾流场加速的可能性，并指出在一个加速级中有可能产生高能电子束。
2008-07-29 physics.acc-ph
Positron Acceleration in Plasma Wakefields
本文综述等离子体尾场正电子加速方案，定量比较其效率与束流质量，并指出电子高迁移率导致场不均匀，是限制对撞机应用的关键。
2024-03-05 physics.acc-ph
CAS - CERN Accelerator School: Plasma Wake Acceleration
这些会议记录是感兴趣的工作人员和学生在加速器实验室，大学部门和公司的工作或有兴趣在新的加速技术领域。在等离子体和激光物理学的介绍性讲座之后，本课程涵盖了等离子体尾流加速器和等离子体束系统的不同组件。包括专题研讨会和关于替代新技术的概述，如电介质加速器。讲座的实验研究和他们的最新成果，诊断工具和最先进的尾流加速设施，目前和计划，补充理论部分。
2017-08-03 physics.acc-ph
Energy recovery in filament-regime plasma wakefield acceleration of positron beams
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
本研究在电子丝状体等离子体尾场加速正电子束方案中引入次级电子束以回收尾场能量，并通过HiPACE++粒子模拟验证了多种能量回收方案，显著提升能量传递效率，为未来等离子体对撞机应用奠定基础。
2023-11-13 physics.acc-ph
AWAKE, A Particle-driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment
先进的质子驱动等离子体尾场加速实验（AWAKE）旨在研究质子束团驱动等离子体尾场的产生和电子加速。这是CERN的一个原理验证研发实验，也是世界上第一个质子驱动等离子体尾场加速实验。AWAKE实验将安装在前CNGS设施中，并使用来自SPS的400 GeV/c质子束团。第一个实验将集中在等离子体中的长（r.m.s ~12 cm）质子束的自调制不稳定性。这些实验计划于2016年底进行。之后，在2017/2018年，低能（~15 MeV）电子将被外部注入以采样尾流场，并被加速超过1 GeV。
2017-05-30 physics.acc-ph
Emittance Growth Due to Multiple Coulomb Scattering in a Linear Collider Based on Plasma Wakefield Acceleration
替代加速技术目前正在开发中，以实现具有成本效益、坚固、紧凑和高效的解决方案。其中一种技术是等离子体尾场加速，由带电粒子或激光束驱动。但是，必须详细研究潜在的问题。本文推导了见证光束在气体介质中弹性散射时的发射度增长。该模型与数值研究进行了比较。
2014-05-12 physics.acc-ph
Conceptual design of electron beam diagnostics for high brightness plasma accelerator
基于X-能带结构和等离子体加速器级的高亮度直线加速器诊断的设计研究已经在EuPRAXIA@ Escherichia_LAB项目的框架内交付。在本文中，我们提出了一个概念设计的诊断，使用最先进的系统和新的和正在开发的设备。Single Shot测量对于等离子体加速束是优选的，包括发射度，而分别要求$μ$ m级和fs级束尺寸和束团长度。将驱动脉冲（激光或光束）与见证加速聚束分离的需要对诊断施加了附加约束。我们计划在等离子体助推器的末端使用电子感应加速器辐射测量发射度，而其他单次发射方法必须在实施之前得到证明。纵向测量，在任何情况下都不是微不足道的fs级聚束长度，似乎已经有更广泛的可能性。
2018-02-14 physics.acc-ph
White Paper: AWAKE, Plasma Wakefield Acceleration of Electron Bunches for Near and Long Term Particle Physics Applications
基于等离子体的加速器在过去二十年中取得了显著的进展。它们独特的特性使它们成为可以彻底改变科学和应用领域的工具。AWAKE利用高能量相对论质子束的可用性，在足以产生数百GeV至TeV电子束的距离上驱动单个等离子体中的大振幅尾场（$\sim$ GV/m）。
2022-03-18 physics.acc-ph
Beam Breakup Mitigation by Ion Mobility in Plasma Acceleration
中等的离子迁移率提供了一个源的阻尼等离子体尾场加速，这可能是一个有效的补救措施，对横向不稳定性的拖尾束。离子迁移率的领域的驱动和尾随束考虑到相关的影响估计FACET-II参数。
2018-10-01 physics.acc-ph
Magnetically assisted self-injection and radiation generation for plasma based acceleration
通过解析模型和数值模拟表明，外加磁场可以降低等离子体加速器的自陷阈值。此外，可以通过适当选择外部磁场的空间分布来选择发生自陷的横向位置。我们还发现，磁场辅助的自注入可以导致发射的电子感应加速器辐射在明确定义的频率。这种受控注入技术可以在当前/下一代等离子体/激光尾场加速器实验中使用最先进的磁场进行探索。
2012-10-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Future colliders based on a modulated proton bunch driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，一个自调制的高能质子束团可以激发一个大幅度的等离子体尾场，并通过一个长的等离子体通道，在一个单级加速外注入的电子束团的能量前沿。在此基础上，未来的对撞机，无论是电子-正电子直线对撞机（e+-e-对撞机）或电子-强子对撞机（e-p对撞机）可以设想。在本文中，我们讨论了一些关键的设计问题的e+-e-对撞机和高能e-p对撞机，基于现有的基础设施的欧洲核子研究中心加速器复合体。
2012-05-31 physics.acc-ph
Evolution of ultra-relativistic hollow-electron-beam wakefield drivers during their propagation in plasmas
超相对论空心电子束可以驱动等离子体尾场（$\sim$ GV/m），用于正电子加速。空心电子束在等离子体中长距离稳定传输是利用等离子体尾场将正电子加速到高能所必需的。在这项工作中，我们表明准静态动力学模拟使用代码WAKE的超相对论方位角对称的空心电子束在等离子体中传播的发展鱼骨状结构和移动其体积，差分沿其长度（后部最快），向其轴由于电子束电子的电子感应加速器的时间周期从束前到束后的减少。小半径空心电子束在到达轴向的电子产生的二次尾场的引力作用下坍缩到轴向。然而，具有足够大半径的空心束可以在等离子体中稳定地传播数米，并用于正电子加速。
2018-10-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Resonant emittance mixing of flat beams in plasma accelerators
本文研究了等离子体加速器中扁平束流因非线性耦合尾场引起的 betatron 共振而发生的发射度混合现象，指出该效应会显著降低亮度，并提出采用激光驱动器或扁平粒子束驱动器可减少共振粒子比例、缓解发射度退化。
2024-09-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Carrier-envelope phase effects in Laser Wakefield Acceleration with near-single-cycle pulses
驱动激光尾场加速与极短的，近单周期的激光脉冲是至关重要的实现的电子源，可以在kHz的重复率，同时依赖于适度的激光能量。从基本的观点来看，这也是有趣的，因为有质动力近似对这样短的脉冲不再有效。通过粒子模拟，我们展示了等离子体响应如何在激光偏振平面上变得不对称，并依赖于激光脉冲的载波包络相位（CEP）。对于自注入的情况，这反过来又强烈影响注入电子的初始条件，导致电子束的集体电子感应加速器振荡。结果，电子束指向、电子能谱和发射的电子感应加速器辐射的方向变得依赖于CEP。对于密度梯度中的注入，对射束指向的影响减小，并且电子能谱是CEP无关的，因为电子注入主要是纵向的并且主要由密度梯度确定。我们的研究结果突出了在这个制度中的CEP控制的重要性，以产生稳定的和可重复的相对论电子束，并确定如何CEP效应可以在实验中观察到。在未来，CEP控制可能成为控制加速电子束的能谱或指向的附加工具。
2020-10-14 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Beam dynamics challenges in linear colliders based on laser-plasma accelerators
在本文中，我们讨论了设计考虑和光束动力学的挑战与激光驱动的等离子体为基础的加速器应用于多TeV尺度的直线对撞机。等离子体加速器提供超高梯度和超短束团，为紧凑的直线加速器和降低的功率要求提供了潜力。我们表明，稳定，有效的加速与光束质量的保护是可能的，在非线性气泡制度的激光等离子体加速器，使用光束整形。离子运动，自然发生的密集束（即，低发射度和高能量）严重地抑制了横向束的不稳定性。库仑散射的背景离子被认为是在等离子体中的强聚焦强烈抑制散射引起的发射度的增长。束在等离子体中横向运动产生的β电子辐射将导致束功率损失和能量扩展增长;然而，对于100 nm以下的发射度，多TeV级等离子体直线加速器的束功率损失和能量扩展增长将低于%。
2022-03-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Mapping the X-Ray Emission Region in a Laser-Plasma Accelerator
激光-等离子体加速器中的X射线发射是研究相对论性激光-等离子体相互作用的有力工具。它示出在这里，电子感应加速器X射线辐射的映射可以从X射线束轮廓时，孔掩模被定位在刚刚超过发射区域的端部。等离子体密度的位置和纵向轮廓的X射线发射的影响进行了研究，并比较粒子在细胞模拟。X射线发射位置和长度的测量提供了对相互作用的动态的洞察，包括电子自注入区域、可能的多次注入以及电子束驱动的尾场的作用。
2011-11-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlling the spectrum of x-rays generated in a laser-plasma accelerator by tailoring the laser wavefront
通过调整激光尾流场加速器中激光脉冲的波前，我们证明了由于电子束在等离子体中的电子感应加速器振荡而产生的x射线的性质是可以控制的。我们发现，通过创造一个波前与彗差，同步加速器的x射线光谱的临界能量可以显着增加。彗差基本上不会改变电子束的能量，但会增加其发散度并产生能量依赖的出射角，这表明X射线光谱的变化是由于尾流场内电子束振荡幅度的增加。
2009-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Confined Continuous-Flow Plasma Source For High-Average-Power Laser Plasma Acceleration
在过去的几十年里，高功率激光系统的显著进步使得激光驱动等离子体加速器的发展取得了快速进展。今天，在光束稳定性和再现性方面获得的结果表明，激光等离子体加速是传统加速器的一种可行且有前途的替代方案。由于一些电子束和次级源应用需要高平均电流，现在的主要焦点是增加束的重复率。在下文中，我们介绍了一种用于kHz电子加速的新型等离子体源，该等离子体源提供连续且空间受限的气流，同时使加速室中的气体负载最小化。
2022-05-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Similarity for ultra-relativistic laser plasmas and the optimal acceleration regime
发展了超相对论激光等离子体的相似理论。结果表明，最基本的S-相似性是有效的下和过密等离子体。给出了激光尾流场电子加速的最佳定标关系。本工作的强有力的信息是，气泡加速状态[参见Pukhov，Meyer-ter-Vehn，Appl. Phys. B，vol.74，355（2002）]满足这些最佳缩放。
2004-11-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of topologically complex three-dimensional electron beams in a plasma photocathode
在等离子体加速中，激光触发电离注入是一种很有前途的产生可控高质量电子的方法。我们表明，电子电离注入到一个完全非线性的等离子体波尾流使用的激光脉冲组成的一个或多个拉盖尔-高斯模式的自旋和轨道角动量的组合可以产生异国情调的三维（3D）空间分布的高质量的相对论性电子。与相位相关的剩余动量和电离电子的初始位置被编码到它们最终的相空间分布中，导致复杂的时空结构。该结构是由于电子注入后立即在尾流中的电子的横向（电子感应加速器）和纵向（相位滑移和能量增益）动力学而形成的。理论分析和三维仿真验证了这种映射过程导致这些复杂拓扑光束的产生。这些光束可以触发新的光束-等离子体相互作用，以及产生相干辐射与轨道角动量时发送通过谐振波荡器。
2021-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Polarization control of electron injection and acceleration in the plasma by a self steepening laser pulse
我们描述了两个注入机制的背景电子到一个不断发展的等离子体气泡背后的强激光脉冲之间的相互作用：一个是由于整体气泡膨胀，另一个是由于其周期性波动。当强激光脉冲在等离子体中传播形成冲击波时，这两种机制同时发生。等离子体泡沿激光传播路径的周期性波动可以抑制或协同由于气泡膨胀的电子注入。研究表明，自陡激光脉冲诱导的载波包络相位（CEP）控制的等离子体泡起伏产生了一种独特的电子注入器：膨胀相位控制的起伏泡（EPUB）。由EPUB注入的电子束团的纵向结构可以通过激光偏振和功率来控制，从而产生具有超短（飞秒尺度）时间结构的高电荷（多个纳米库仑）高电流（数十千安培）电子束。分析了EPUB产生的高能电子感应加速器辐射的一个很有前途的应用，它具有偏振和CEP控制的能谱和角分布。
2022-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dynamics of self-injected electron bunches at their acceleration by laser pulse in plasma
数值模拟了在激光脉冲激发的等离子体尾场对自注入电子束团的加速自洽变化到自注入电子束团激发的尾场对自注入电子束团的加速时，自注入电子束团在井喷区的动力学行为。考虑了脉冲训练加速和束流自清洁的优点。
2020-12-09 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
