Radiation Emission by Extreme Relativistic Electrons and Pair Production by Hard Photons in a Strong Plasma Wakefield
本文用半经典方法导出了强等离子体尾场中极端相对论电子的辐射谱和高能光子产生正负电子对的几率。结果表明，当辐射光子的能量接近电子能量$ε$时，相对论电子在等离子体尾流场中的辐射损失在量子极限下为$ \propto ε^{2 / 3}$.量子效应将在未来的等离子体加速器中发挥关键作用。
2006-11-09 physics.plasm-ph
Wakefield acceleration in atmospheric plasmas: a possible source of MeV electrons
强烈的电磁脉冲与等离子体相互作用可以产生等离子体振荡的尾流。在这种振荡中捕获的电子可以在某些条件下被加速到非常高的能量。本文研究了大气等离子体尾场加速产生MeV电子的条件。这种机制可以解释MeV或逃逸电子的起源，在目前的理论中所需要的地面伽玛射线闪光的生产。
2015-06-23 physics.plasm-ph
Transition from wakefield generation to soliton formation
众所周知，当短激光脉冲在欠密等离子体中传播时，它在脉冲之后以等离子体频率诱导纵向等离子体振荡，通常被称为“尾场”。然而，对于接近临界密度的等离子体密度尾场生成被抑制，而是EM脉冲进行非线性自调制。本文研究了随着等离子体密度的增加，从尾波场产生到准孤子形成的转变。为此，我们已经应用了一维（1D）相对论冷流体模型，这也被比较粒子在细胞模拟。一个关键的结果是，由于尾流场产生的EM脉冲的能量损失有其最大的等离子体密度的顺序为10%的临界密度，但尾流场产生急剧抑制时，密度进一步增加。
2017-12-20 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
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
Wakefields in streaming plasmas: Characteristics of the induced charge density distribution
在高能量密度设施，工业装置，和基本的尘埃等离子体研究的等离子体极化周围的试探电荷流等离子体的产生实验的动机被认为是。等离子体成分的感应电荷密度分布的亚音速，音速和超音速制度进行了讨论。此外，它表明，在附近的试探电荷的等离子体极化显示不同的缩放在亚音速和超音速制度。
2017-09-27 physics.plasm-ph
Strong Terahertz Radiation Generation via Wakefield in Collisional Plasma
我们表明，尾流场的横向分量可以产生与应用程序的外部磁场，产生辐射在太赫兹范围内。为此，我们进行了分析和数值计算，以评估在碰撞等离子体的现实情况下的尾流场的组件。我们观察到，在外部磁场的方向上的尾场的产生，虽然尾场的分量被观察到在平行和垂直于激光和磁场的传播方向的方向。基于准静态近似下的微扰技术，研究了超高斯分布激光尾流场辐射脉冲的大小。当施加较强的磁场时，THz辐射的场被发现增强;对于较高折射率的激光器，情况也是如此。
2020-07-23 physics.plasm-ph
Mitigation of the hose instability in plasma-wakefield accelerators
目前的模型预测软管的不稳定性，关键限制等离子体尾流场加速器的适用性。通过开发一个分析模型，其中包括软管的不稳定性在长的传播距离的演变，这项工作表明，固有的驱动束能量损失，随着初始束能量扩散失谐的电子感应加速器振荡的束电子，从而减轻不稳定性。它还表明，锥形等离子体轮廓可以大大减少初始软管种子。因此，我们证明了驱动光束的传播可以在长距离的传播中保持稳定，为等离子体尾场加速器中高质量电子束的加速铺平了道路。我们发现我们的模型和粒子在细胞模拟之间的良好协议。
2017-05-08 physics.plasm-ph
Fixing E-field divergence in strongly nonlinear wakefields in homogeneous plasma
现有的分析尾流场模型的气泡和吹出制度的电子等离子体加速完美地描述了重要的功能，如形状，字段，捕获比，可实现的能量，能量分布和径向发射度。正如我们所示，对于振幅极小的尾场，这些模型不能描述尾场后部的加速电场及其发散。由于突出的参数制度，如特洛伊木马制度的光阴极注入表现出这一特点，它是非常重要的，以解决这个问题的分析模型，在这项工作中引入了一个可能的模型。使用唯象理论，我们能够更好地描述的电场和气泡形状的发散。
2020-07-21 physics.plasm-ph
Tail-wave-assisted Positron Acceleration in Nonlinear Laser Plasma Wakefields
相对论激光尾流场加速具有很高的加速梯度，非常适合于短距离电子加速，有望成为下一代小型加速器的候选者。然而，使用这种技术进行正电子加速仍然具有挑战性，因为带正电的粒子在非线性尾场中自然散焦。在这里，我们提出了一个计划，并数值模拟证明加速外部注入的正电子束在非线性激光尾流场中的制度，尾波的密度尖点后面形成。这种尾波可以提供一个聚焦力，除了纵向加速的正电子。三维粒子模拟结果表明，在非线性尾流场中，正电子的捕获效率接近100%是可能的。该方案可能会打开一个简单的方法，紧凑的正电子加速到多个100兆电子伏的太瓦级激光系统在高重复率，而不需要特殊的激光模式和等离子体结构。
2022-07-29 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
Analytic model for electromagnetic fields in the bubble regime of plasma wakefield in non-uniform plasmas
基于强非线性（气泡）区等离子体尾流场模型，利用气泡边界电子鞘层厚度小的假设，建立了气泡内外电磁场分量的最低阶微扰理论。与以前的模型不同，我们推导出简单的显式表达式的电磁场的分量不仅在附近的气泡的中心，但在整个体积的气泡（包括驱动或加速束），以及outside it.此外，我们将结果应用到径向非均匀等离子体的情况下，特别是，与空心通道的等离子体。所得到的结果进行了验证与3D粒子在细胞（PIC）模拟显示出良好的对应关系，我们的模型。
2017-07-18 physics.plasm-ph
Bubble regime of plasma wakefield in 2D and 3D geometries
考虑到二维粒子模拟方法的广泛应用，本文建立了横向非均匀等离子体中强非线性（气泡）区域的二维等离子体尾流场模型。得到了二维几何条件下气泡边界的微分方程，并导出了其解析解。二维粒子模拟被用来确认我们的模型的有效性。将结果与真实3D几何体中的气泡进行比较。对于均匀等离子体，结果表明，二维气泡被拉长，并具有更强的聚焦力，而加速场的结构保持完全不变。提出了一种在真实的三维几何图形中生成准二维气泡的方法。
2018-07-05 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
Characterization of the equilibrium configuration for modulated beams in a plasma wakefield accelerator
我们分析了调制光束的平衡位形与尖锐的边界暴露在与等离子体相互作用的自生场。通过半解析的方法，我们表明存在多个平衡配置，我们确定一个更适合于尾流场激发。一旦指出的约束的光束的前面，因此发散驱动的发射度的情况下，我们研究的平衡位形的演变，而在等离子体中传播，丢弃所有其他的时间依赖性。我们显示了一个刚性向后漂移的平衡配置的发病，我们提供了一个解释，在第一束的长度增加。
2016-02-12 physics.plasm-ph
Implementation of Light Diagnostics for Wakefields at AWAKE
本研究实现了AWAKE装置中用于研究长相对论质子束自调制不稳定性的尾场光诊断系统，验证了蒸气等离子体源下光信号与激光沉积能量的正比关系，可用于获取等离子体密度阶跃参数并支撑尾场演化研究。
2024-12-12 physics.plasm-ph
Plasma wakefield acceleration studies using the quasi-static code WAKE
准静态码WAKE [P. Mora和T. Antonsen，Phys. Plasmas { \bf 4}，217（1997）]中的方法进行了改进，以模拟在等离子体尾场加速中超相对论带电粒子束通过暖背景等离子体的传播。升级后的代码以完整的细胞内颗粒代码OSIRIS为基准[Hemker等人，物理修订版ST加速Beams { \bf 3}，061301（2000）]和准静态代码QuickPIC [Huang等人，J. Comp. Phys. { \bf 217}，658（2006）]。本文研究了非零等离子体温度对双束团电子束驱动器的峰值加速电场的影响。结果表明，等离子体温度虽然抑制了加速电场的峰值，但并不影响加速粒子的能量增益和扩散。讨论了等离子体温度对提高网格分辨率下电场数值收敛性的作用。
2014-11-12 physics.plasm-ph
Influence of proton bunch parameters on a proton-driven plasma wakefield acceleration experiment
我们使用粒子在细胞（PIC）模拟研究的影响，传入的400 GeV的质子束团参数的振幅和相位的尾场产生的种子自调制（SSM）过程的变化。我们发现，这些影响是最大的生长过程中的SSM，即在第一个五至六米的等离子体与$7 \times10^{14}$ cm $^{-3}$的电子密度。然而，对于任何单个参数的变化$\pm$ 5%，SSM饱和点之后的影响很小。特别地，相位变化对应于远小于四分之一尾场周期，使得确定性地将电子（或正电子）注入尾场的加速和聚焦相位在原则上是可能的。我们使用模拟中的尾场和简单的测试电子模型来估计对沿等离子体注入的电子的最大最终能量的相同影响，发现这些影响低于$\pm$的初始变化5%。该分析包括相对于尾场的电子的退相，该尾场是在SSM的生长期间预期的。基于PIC模拟，我们还确定了沿束团和沿等离子体的注入位置，导致最大的能量增益。对于这里所取的参数（峰值束密度与等离子体密度之比$n_{b0}/n_0 \approx 0.003$），我们发现沿着质子束的最佳位置是在$ξ\approx -1.5 \; σ_{zb}$，并且沿着等离子体注入的最佳范围（对于10 m后的最高最终能量$\sim$ 1.6 GeV）是5-6 m。
2019-03-13 physics.plasm-ph
Excitation of strongly nonlinear plasma wakefield by electron bunches
本文提出了一种新的方法，对电子束团激发的强非线性尾流场（气泡）的激发进行了自洽的解析描述。该方法使得可以仅基于驱动器的属性来计算气泡的形状和其中的电场的分布，而不依赖于任何附加参数。通过粒子模拟验证了分析结果，并显示出良好的对应性。一个完整的解析解的圆柱形驱动程序和缩放律的气泡和其他等离子体加速器参数的属性取决于聚束电荷和长度。
2021-02-09 physics.plasm-ph
Laser-Pulse and Electron-Bunch Plasma Wakefield Accelerator
强激光脉冲和高电荷电子束通过等离子体的传播距离分别受到衍射和自减速的限制。这对两个主要的先进加速器概念：激光和等离子体尾场加速器的性能提出了严格的限制。利用数值模拟，我们表明，当两个光束共同传播的等离子体中，它们可以相互作用的协同作用，并延长彼此的旅行距离。负责的协同作用的关键相互作用被发现是由电子束的激光沟道，和由激光脉冲的束电子的直接激光加速。值得注意的是，从激光脉冲转移到等离子体的能量的量可以通过引导电子聚束增加几倍，尽管它的能量含量很小。讨论了这种协同相互作用对外部注入见证电荷的高梯度加速的影响，并提出了激光脉冲和电子束等离子体加速器（LEPA）的新概念。
2020-11-05 physics.plasm-ph
Wakefields in Hollow Channel of Magnetized Plasma
空心等离子体通道中的尾场粒子加速是目前研究的热点。在这里，我们考虑一个外部磁化等离子体层（外部磁场的任意大小是沿结构轴）和调查所产生的尾场点电荷通过沿层轴。
2021-04-28 physics.acc-ph 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
Electromagnetic emission due to nonlinear interaction of laser wakefields colliding in plasma at an oblique angle
最近发现，具有不同静电势分布的激光诱导等离子体尾场的正面碰撞是在等离子体频率的二次谐波下产生高功率电磁发射的有效机制[I.V. Escherfeev et al. Phys. Plasmas 24，103106（2017）]。这种机制对于在太赫兹频率范围内产生可调谐窄带相干辐射源是有吸引力的。本文将两个等离子体尾流非线性相互作用产生的电磁辐射理论推广到任意碰撞角的情形。这样的理论是用来评估的二次谐波辐射的角分布，以及其总的生成效率的参数的原理证明实验中，激光轴将与一个小的有限的角度对齐。理论预测定性确认的粒子在细胞模拟。
2020-10-13 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
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
Response of narrow cylindrical plasmas to dense charged particle beams
本文采用线性理论和数值模拟相结合的方法，研究了在较宽的等离子体密度范围内，径向轴对称等离子体对相对论带电粒子束的响应。我们提出了在稠密等离子体中产生的磁场的解析表达式，证明了尾场电位的消失以外的最外层等离子体电子的轨迹，并遵循尾场电位的变化，随着等离子体密度的降低。在高等离子体密度下，电子密度和径向电场的波前由于束流电荷和电流中和而发生畸变，而尾场电势和纵向电场的波前则没有畸变。在等离子体密度低于或束密度的顺序，多个电子流的发展等离子体内外，导致在非零的尾场电位等离子体柱周围。
2018-04-28 physics.plasm-ph
Long-term evolution of broken wakefields in finite radius plasmas
在等离子体尾场加速的背景下，发现了有限半径等离子体快速加热和充电的新效应。当等离子体波破碎时，其大部分能量转移到等离子体电子，这在等离子体周围产生强电荷分离电场和方位磁场。缓慢变化的场结构被保存了数百个尾场周期，并包含（连同热电子）高达80%的初始尾场能量。
2014-02-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optmized stability of a modulated driver in a plasma wakefield accelerator
本文分析了在自生等离子体尾场作用下多高斯束团的横向稳定性。通过半解析的方法，我们首先研究的调制光束的平衡配置，然后我们调查的平衡配置的演变，由于发射率驱动的扩展的光束前端，导致在一个刚性的向后移动。后向移位使调制光束脱离平衡，可能会丢失一些聚束粒子，从而导致驱动器劣化。因此，我们寻找适当的位置，最大限度地提高稳定性，而不会严重影响司机后面的加速场的单束。然后，我们将结果与3D PIC模拟进行比较。
2016-03-14 physics.plasm-ph
A multi-sheath model for highly nonlinear plasma wakefields
提出了一种改进的描述非线性等离子体尾流场的相速度接近光速，并与完全动力学粒子模拟进行了比较。这些尾场由强粒子束或激光激发，将等离子体电子径向向外推动，产生由电子鞘层包围的离子泡，电子鞘层由源项$S \equiv -\frac{1}{en_p}(ρ-J_z/c)$表征，其中$ρ$和$J_z$是电荷和轴向电流密度。以前，鞘源项是用一个正定函数唯象地描述的，导致了一个正定尾流势。实际上，尾流电势在离子柱的后部是负的，这对于自注入和精确的束流加载模型是重要的。为了解释这一点，我们引入了一个多鞘模型，其中的源项，$S$，等离子体尾可以是负的离子泡以外的区域。利用这个模型，我们得到了一个新的表达式的尾流势和一个修正的微分方程的气泡半径。从这些方程得到的数值结果进行了验证，对卸载和加载尾流的粒子在细胞模拟。新的模型提供了准确的预测的形状和持续时间的拖尾束流轮廓，扁平等离子体尾场。它也被用来设计一个所需的纵向变化加载尾流场的拖尾束。我们提出了激光尾流场的光束加载结果，并讨论了如何在未来的工作中可以改善激光驱动器的模型。最后，我们讨论的多鞘和单鞘模型的预测梁加载之间的差异。
2021-03-24 physics.plasm-ph
Optimized laser-assisted electron injection into a quasi-linear plasma wakefield
提出了一种新的电子注入等离子体尾场加速方案。该方法基于最近提出的通过激光-固体相互作用产生快速电子的技术：具有数十mJ能量的飞秒激光脉冲以$45^o$角度撞击致密等离子体靶，排出良好准直的电子束，并将这些电子束加速到接近镜面方向的几MeV。我们研究了在低密度等离子体中，由外部束流驱动器激发的准线性尾场对这些快电子的捕获。这种配置可能与CERN的AWAKE实验有关。我们改变不同的注入参数：注入的相位和角度，激光脉冲能量。导出了线性轴对称尾流的近似捕获条件。它是用来优化被困电荷，并通过三维粒子模拟验证。结果表明，当加速场为2.5 GV/m时，准线性等离子体波能捕获电荷$\sim$ 100 pC、横向归一化发射度为60 $μ$ m的电子束团，并能将其加速到几GeV的能量，10 m后电子束团的展宽为$\lesssim$ 1%.
2021-09-07 physics.plasm-ph
Femtosecond probing of light-speed plasma wakefields by using a relativistic electron bunch
强激光或粒子束在等离子体中传播产生的相对论尾流被认为是下一代对撞机和相干光源的加速器。这种尾流已经被证明可以将电子和正电子加速到几个千兆电子伏特（GeV），具有百分之几的能量扩展和高的尾流到射束的能量转移效率。然而，尾流的电场结构的完整映射已被证明是难以实现的。在这里，我们表明，一个高能量的电子束可用于探测领域的这种光速唤醒飞秒分辨率。高度瞬态，微观尾流场重建密度调制超短探针束后，它已经穿过尾流。这种技术可以使低密度等离子体中的线性尾场可视化，可以加速电子和正电子束。它还允许表征等离子体密度斜坡中的尾流，这对于维持束流发射度、提高能量传递效率和从等离子体加速器产生高亮度束至关重要。
2016-10-18 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
Wakefield Excited by Ultrashort Laser Pulses in Near-Critical Density Plasmas
使用高重复率mJ级激光系统的激光尾场加速（LWFA）为广泛的应用带来了独特的机会。为了满足用低能量激光加速电子所需的条件，必须使用高密度等离子体和超短脉冲。在几个周期脉冲的情况下，色散和载波包络相位效应不再可以忽略。本文研究了超短脉冲激光在近临界密度等离子体中产生的尾波的性质。所得结果可能导致使用kHz激光系统的LWFA电子束质量的提高。
2019-05-06 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
Parameter sensitivity of plasma wakefields driven by self-modulating proton beams
在自调制质子束驱动等离子体尾场加速的参数研究区，研究了尾场振幅和相位与束流和等离子体参数的关系。尾流场对小参数变化的敏感性揭示了实验结果的拍摄到拍摄抖动的预期水平。在所有的参数中，等离子体密度是最突出的，因为尾场相位对这个参数非常敏感。大的变化的研究确定的影响，限制可实现的加速场在不同的部分的参数空间：非线性伸长的尾场周期，驱动光束的电荷不足，发射率驱动的光束发散，和运动的等离子体离子。
2014-05-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental Study of Wakefields Driven by a Self-Modulating Proton Bunch in Plasma
实验研究了等离子体中高度相对论性质子束团自调制时的纵向和横向尾流场。我们发现尾波场的增长和振幅随着种子振幅的增加以及等离子体中的质子束团电荷的增加而增加。我们研究横向尾场使用的最大半径的质子束分布测量屏幕上下游的等离子体。我们通过外部注入电子并测量其最终能量来研究纵向尾场。测量结果与理论和数值模拟预测的趋势一致，验证了我们对自调制发展的理解。实验是在先进尾场实验（AWAKE）的背景下进行的。
2020-07-09 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
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
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
Physics of beam self-modulation in plasma wakefield accelerators
自调制不稳定性是目前质子束作为等离子体尾场加速驱动器的一个关键因素。数值研究了均匀等离子体和具有小密度上升阶跃的等离子体中束流不稳定性的发展。台阶参数提供了最强的建立尾场，并确定了稳定的聚束训练形成的机制。
2015-03-17 physics.acc-ph 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
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
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
Effects of the transversely nonuniform plasma density in a blowout regime of a plasma wakefield accelerator
本文基于等离子体电子弹道模型解析研究PWA吹离区横向密度梯度的影响，推导赝势与尾场解，发现其改变气泡形状、产生偶极尾场并使电磁中心偏移，但不会导致不稳定性。
2023-06-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Review of Beam-Driven Plasma Wakefield Experiments
在过去的几十年里，束流驱动等离子体尾流场加速（PWFA）实验取得了显著的进展，利用高能粒子束（如电子、正电子和质子束）驱动中性气体或预电离等离子体中的尾流。本文介绍了近年来国际上的几个实验，比较了实验参数和实验结果。
2018-08-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Excitation of two-dimensional plasma wakefields by trains of equidistant particle bunches
负责伸长的等离子体波周期的非线性效应进行了数值研究，重点是二维的波。发现了波和驱动器失谐对尾流场振幅的限制。
2013-07-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Reconstructing nonlinear plasma wakefields using a generalized temporally encoded spectral shifting analysis
我们推广的时间编码谱移（TESS）分析测量等离子体尾场光谱干涉术不同的探测脉冲的任意光谱轮廓和测量非线性尾场。我们表明，高斯近似使用到现在为止的尾场振幅的一个重大的误算的结果，由高达两个因素。提出了一种精确测量高振幅准线性和非线性尾场的方法，使用扩展的TESS程序，我们把它的精度在这些制度的一些限制。这些扩展和改进的分析表明其潜力的快速和准确的等离子体尾流场的诊断，即使在低等离子体密度。
2018-10-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive Injection in Plasma Wakefield Accelerators
提出了一种新的亚相对论等离子体尾场加速器电子注入方案。横向激光器电离掺杂剂气体，并在尾流传播方向上有质动力地加速释放的电子。该过程使得即使对于低于捕获阈值的尾场电势，也能够在尾场中捕获电子。我们从理论上研究了该方案，并通过粒子在细胞中的模拟来展示高质量的波束形成和加速与亚微米归一化发射度和子百分比不相关的能量扩展。
2020-08-19 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
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
Extitation of wakefield by a laser pulse in a metallic-density electron plasma
由于可以形成频率比可见光的频率大得多的激光脉冲，T.Tajima教授提出使用这种脉冲来加速注入晶体的粒子。本文模拟了金属密度等离子体中的尾场激发和激光脉冲对电子的加速。获得了约3 TV/m的加速梯度。结果表明，在普通等离子体中，随着时间的推移，束等离子体尾场加速被添加到激光尾场加速。
2020-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Optimum angle for side injection of electrons into linear plasma wakefields
本文建立和研究了电子在线性等离子体尾流场中穿透的统一模型。找到了电子侧向注入的最佳角度，在较小的角度下，所有的电子都被径向反射。在较大的角度下，电子以不利于捕获的多余横向动量进入尾场。入射电子分成穿透和反射部分的分离发生在尾流场的外部区域中，在取决于电子能量的某个“反射”半径处。
2011-09-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Long Term Evolution of Plasma Wakefields
我们研究了多个等离子体-电子周期和几个等离子体-离子周期的等离子体尾场的长期演化（LTE），远小于复合时间。这种尾场扰动等离子体在这些时间尺度上的演化和弛豫对等离子体对撞机中重复率的上限具有重要意义。相对论激光器中的强场（或强光束）通过将能量传递给等离子体电子而产生等离子体尾场（ωpe附近的模式）。处于正确相位的带电粒子束可以以数十GeV/m的加速/聚焦梯度加速。然而，尾场留下的等离子体不处于平衡状态，具有多个等离子体-电子周期的弛豫时间。由从被驱动的等离子体电子到等离子体离子的能量转移引起的离子时间尺度上的离子运动可以产生有趣的等离子体状态。最终在LTE期间，等离子体的动力学去相干（通过不稳定性驱动混合的多个模式），热化成随机运动（热力学第二定律），从尾流场耗散能量。尾场驱动器与这样的相对论热等离子体相互作用导致等离子体尾场不同于冷等离子体中的尾场。
2014-05-16 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
Theory of wakefields excited by an off-axis drive bunch in a plasma-dielectric waveguide
建立了离轴束团注入情况下驱动电子束团在等离子体介质加速结构中激发尾场的线性理论。所研究的结构是一个圆形的介质加载金属波导与带电粒子的通道，充满均匀的冷等离子体。导出的理论被用来调查数值聚束激发尾场分量的空间分布，它的作用在驱动和见证聚束。
2021-12-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
