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
RF injector design studies for the trailing witness bunch for a plasma-based user facility
基于等离子体的加速器作为用户设施的驱动器，由于其紧凑性和降低的成本，在全球范围内的兴趣正在增长。在这种情况下，EuPRAXIA合作正在为一个多GeV的等离子体加速器准备一个概念设计报告，该加速器具有出色的电子束质量，可以在几种应用中引导X射线自由电子激光的操作，这是光束亮度要求最高的。强流束动力学的研究已经进行了提供一个可靠的工作点的RF注入器，以产生一个高亮度的拖尾见证聚束适合在外部注入计划，无论是在粒子束和激光驱动的等离子体尾场加速。一个感兴趣的情况是产生的见证光束具有1 GeV的能量，小于1 mm-mrad的切片发射度和30 pC在10 fs的半高宽聚束长度，这变成3 kA的峰值电流在波荡器入口。在传统的类SPARC光电注入器中，验证束被成功地压缩到10 fs，在先进的高梯度X波段直线加速器中被提升到500 MeV，峰值电流为3 kA，有效值为：能散0.06%，横向归一化发射度0.5 mm-mrad，焦斑小于1 $μm$。本文介绍了射频注射器研究，旨在满足EuPRAXIA对基于等离子体的用户设施设计研究的要求。
2018-01-16 physics.acc-ph
Assessment of Transverse Instabilities in Proton Driven Hollow Plasma Wakefield Acceleration
在质子驱动等离子体尾流场加速器中引入空心等离子体，以克服均匀等离子体中横向尾流场随半径和时间变化而引起的束流质量下降问题。模拟结果表明，在一个长的空心等离子体通道中，电子可以被加速到能量前沿，同时保持良好的束流质量。然而，该方案对波束通道对准提出了严格的要求。否则将产生沿轴向不对称的横向尾流场，导致驱动聚束的畸变和见证光束质量的恶化。在本文中，通过2D carpellet-in-cell模拟，我们研究了驱动光束通道偏移和初始驱动器倾斜引起的潜在不利影响，然后提出并评估这些驱动器不准确问题的解决方案。
2018-05-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multi-proton bunch driven hollow plasma wakefield acceleration in the nonlinear regime
质子驱动的等离子体尾场加速已经在模拟中被证明能够在单个阶段中将粒子加速到能量前沿，但其潜力受到目前可用的质子束比等离子体波长长几个数量级的事实的阻碍。幸运的是，质子微聚束允许共振驱动等离子体波。在本文中，我们提出了使用一个中空的等离子体通道多质子束驱动等离子体尾场加速，并证明它使操作在非线性制度和共振激发强等离子体波。这种新的制度还涉及用于加速束的中空通道（诸如发射度保持和均匀加速场）和用于驱动束的稳定减速的长桶的有益特征。在等离子体趋肤深度、驱动器半径、空心通道半径和微聚束周期之间的适当比例下，获得了该区域。
2017-10-10 physics.acc-ph
High-Efficiency Plasma-Based Compressor for Ultrafast Soft X-ray Free-Electron Lasers
针对软X射线自由电子激光中传统光学压缩器的效率限制，提出利用高度电离惰性气体等离子体的高效压缩器，在5.2 nm处透射率超70%，可将25 fs脉冲压缩至1.4 fs，峰值功率超100 GW，克服了软X射线CPA效率瓶颈。
2025-05-30 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Electron bunch generation from a plasma photocathode
在强烈的相对论性激光或粒子束的尾流中产生的等离子体波可以在厘米级的距离内将电子束团加速到千兆电子伏（GeV）的能量。这允许实现具有新兴应用的紧凑型加速器，从现代光源如自由电子激光（FEL）到能量前沿轻子对撞机。在等离子体尾场加速器中，这种每米数吉伏（GV m $^{-1}$）的尾场可以加速外部注入或从背景等离子体捕获的见证电子聚束。在这里，我们展示了光学触发的电子束团的注入和加速，产生在多组分的氢和氦等离子体采用空间对齐和同步的激光脉冲。这种“等离子体光电阴极”通过直接在等离子体腔内释放隧道电离的氦电子来实现尾流激发的注入，然后这些冷电子被迅速提升到相对论速度。注入机制可以通过光密度下降斜坡注入来访问，是高度可调的，并且为产生具有前所未有的低横向发射度、高电流和6D亮度的电子束铺平了道路。这一实验路径为基于超高亮度光束的变革性等离子体尾场加速器应用开辟了许多前景。
2019-07-01 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Seeding of the Self-Modulation in a Long Proton Bunch by Charge Cancellation with a Short Electron Bunch
在等离子体尾场加速器（例如AWAKE）中，质子聚束自调制通过电离蒸气的高功率激光脉冲的电离前沿以及所产生的在所产生的等离子体内部的驱动聚束轮廓的陡峭边缘来播种。在本文中，我们提出了一个不同的自调制播种机制的概念，基于电子注入的二维线性理论计算。整个质子束团通过预形成的等离子体传播，有效束流由质子束中心的短电子束团的外部注入调制。质子束团尾部有效束流的锐边驱动大的尾场，导致种子自调制（SSM）的增长。此外，我们还讨论了在AWAKE Run 2中应用的可行性。
2018-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-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
Control of laser wake field acceleration by plasma density profile
我们发现，最大能量增益和加速束流质量可以有效地控制等离子体密度分布。选择适当的密度梯度可以提高失相极限。当利用周期性尾流场时，由于等离子体密度梯度，相对论粒子束和等离子体波之间的相位同步可以在扩展的距离上保持。将电子引入驱动激光脉冲后的第$n-$个唤醒周期，最大能量增益比均匀等离子体情况下的最大能量增益增加了$2πn$倍。然后，通过激光耗尽而不是通过失相来限制加速。此外，我们表明，在加速阶段获得的粒子束的自然能量扩散可以有效地删除匹配的减速阶段，其中使用更大的等离子体密度。
2007-08-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-quality positrons from a multi-proton bunch driven hollow plasma wakefield accelerator
利用空心等离子体，多束团质子可以很好地驱动非线性等离子体尾流场，在保持束流质量的情况下将电子加速到能量前沿。然而，正电子的加速是不同的，因为加速结构强烈依赖于电荷。在保持小的归一化发射度和小的能量扩散之间存在差异。这是由于用于为多个质子束提供聚焦的等离子体电子稀释正电子束的冲突造成的。通过加载一个额外的电子束来排斥等离子体电子，同时稍微降低等离子体密度以使加速相位以有利于正电子束的斜率移动，正电子束可以被加速到400 GeV（驱动器能量的40%），能量扩展低至1%，并且很好地保持了归一化发射度。高质量高能正电子的成功产生为未来的前沿轻子对撞机铺平了道路。
2018-09-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Differences in 1D electron plasma wake field acceleration in MeV versus GeV and linear versus blowout regimes
在某些实验室和大多数天体物理学的情况下，等离子体尾场电子加速是一维的，即横向于束流运动的变化可以忽略不计。因此，一维（1D），粒子在细胞（PIC），完全电磁模拟的电子等离子体尾场加速进行，以研究在电子等离子体尾场加速在MeV与GeV和线性与井喷制度的差异。首先，我们表明，在使用流体模拟时需要谨慎，因为PIC模拟证明，电子束团在几百个等离子体周期内不随时间演化的近似仅适用于足够的相对论性。无论等离子体温度如何，这一结论都是正确的。我们发现，在线性区和GeV的能量，加速电场产生的等离子体尾流是类似的线性和MeV的制度。然而，由于GeV能量驱动聚束保持完整的时间要长得多，最终的加速能量在GeV能量的情况下要大得多。在GeV能量范围和井喷状态下，尾流的加速电场的幅度比线性情况大得多，并且等离子体尾流的几何尺寸也大得多。因此，需要正确定位后束以实现有效的加速。对于所考虑的情况下，最佳应该有大约$(90-100) c/ω_{pe}$的距离之间的拖尾和驱动电子束在GeV的井喷制度。
2018-03-03 astro-ph.SR physics.acc-ph physics.plasm-ph
High average power ultrafast laser technologies for driving future advanced accelerators
为了推进高能物理和加速器物理的能源前沿，需要大型激光装置。激光等离子体加速器是旨在达到TeV电子对撞机的先进加速器概念的核心。在这些设施中，强激光脉冲驱动等离子体，并用于在非常短的距离内将电子加速到高能量。激光等离子体加速器原则上可以达到高能量，其加速长度比传统的基于RF的加速器短1000倍。理论上，激光驱动的粒子束能量可以超越现有技术的常规加速器。在高度发展的激光技术的支持下，LPA已经在大约20厘米的距离内产生了多GeV的电子束，相对能量扩展大约为2%。这验证了美国能源部战略的关键要素，这种加速器，使未来的对撞机，但扩展到TeV对撞机迄今为止的最佳结果将需要更高的平均功率的激光器。虽然激光驱动对撞机所设想的每脉冲能量可以用当前的激光器实现，但低激光重复率限制了潜在的对撞机亮度。应用将需要在焦耳能量和高效率下的kHz到数十kHz的速率，并且对撞机将需要大约100个这样的级，这是当前Hz级LPA的飞跃。这意味着激光重复率将比现有技术水平提高1000倍。本白皮书介绍了候选激光系统的当前研究和前景，以及驱动未来先进加速器所需的宽带和高损伤阈值光学器件。
2022-05-02 hep-ex physics.acc-ph
Laser Shaping and Optimization of the Laser-Plasma Interaction
研究了激光尾场加速器中激光与等离子体之间的能量传递物理。我们发现，尾流激发任意形状的激光可以参数化使用的总脉冲能量和脉冲耗尽长度。确定产生所需的等离子体激发的激光轮廓的技术开发。我们表明，通过适当地塑造驱动激光脉冲的纵向轮廓，有可能最大化的Transformer比和尾波振幅，实现最佳的激光等离子体耦合。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。这种形状通过允许激光脉冲内的均匀光子减速而提供了尾流场的大小和加速级的效率的理论上限。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，并提出了一个双脉冲尾流放大方案使用的最佳解决方案。
2000-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear Inverse Compton Scattering from a Laser Wakefield Accelerator and Plasma Mirror
我们用250 MeV激光尾场电子加速器和等离子体反射镜通过逆反射未使用的驱动激光从加速的电子散射来产生线性和非线性机制的逆康普顿散射X射线。我们使用CsI（Tl）体素化闪烁体来表征X射线，该闪烁体测量它们的总能量和发散度作为从加速器出口到等离子体镜距离的函数。在每个等离子体镜位置处，这些X射线性质与驱动加速器之后的激光脉冲的测量的通量和推断的强度相关，以确定激光强度参数$a_0$。结果表明，ICS X射线产生在$a_0$范围从$0.3\pm0.1$到$1.65\pm0.25$，并超过共传播韧致辐射和电子感应加速器X射线的强度至少10倍，在整个$a_0$的范围。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Formation and stability of a hollow electron beam in the presence of a plasma wake field driven by an ultra-short electron bunch
对等离子体尾流场作用下电子注在等离子体中的时空演化进行了数值研究。后者是由超短相对论轴对称飞秒电子束团驱动的。我们首先推导出一个新的泊松方程的尾流电位的驱动项是超短聚束密度，适当地考虑到之间的相互作用的锐度和高能量的聚束。然后，我们表明，形成一个通道纵向，通过外部注入的光束，同时经历的聚束驱动的等离子体尾场的影响，在热波模型的上下文中。通道的形成似乎是光束3D演化的最后阶段。这涉及在纵轴周围出现小细丝和气泡。气泡聚结形成相对稳定的轴对称中空梁结构。
2015-11-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
