Laser-plasma acceleration in a conical plasma channel with longitudinally inhomogeneous plasma profile
本文研究在纵向非均匀等离子体密度的锥形通道中提升激光等离子体加速性能，证明该结构能维持自注入束团加速相位并压缩激光脉冲，从而显著提高加速梯度和束团纵向动量。
2025-06-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Revealing Laser and Electron Beam Evolution in 10-GeV-class Laser-Plasma Accelerators
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
通过结合纵向分辨的电子束诊断与激光谱演变测量，研究10 GeV级LPA中等离子体密度分布，验证模拟显示延长加速器长度可将电子束能量提升至15 GeV，甚至通过线性匹配实现20 GeV电子束。
2026-04-28 physics.acc-ph
Observation of Plasma Focusing of a 28.5 GeV Positron Beam
报道了28.5GeV正电子束等离子体聚焦的观测结果。等离子体是通过电离只有3毫米厚的氮气射流形成的。在两个横向尺寸的同时聚焦观察到的有效聚焦强度为特斯拉每微米的顺序。束斑的最小面积被等离子体减小了2.0 +/- 0.3倍。测量了纵向束流包线，并与数值计算结果进行了比较。
2001-10-04 physics.acc-ph
Plasma Wake Accelerators: Introduction and Historical Overview
由于粒子加速器的使用，关于物质和能量本质的基本问题已经找到了答案。社会应用，如癌症治疗或癌症成像，说明了加速器在我们当前生活中的影响。今天，加速器使用金属腔，其维持的电场值限于约100 MV/m。由于其支持极端加速梯度的能力，等离子体介质最近被提议用于未来的腔状加速结构。这一贡献突出了由激光或粒子束驱动的等离子体加速器的巨大发展，这些加速器允许产生具有一定程度的可调谐性和一组参数的高质量粒子束，这些参数使它们非常适合于许多应用。
2017-05-30 physics.acc-ph
GeV-scale accelerators driven by plasma-modulated pulses from kilohertz lasers
我们描述了一种新的方法，驱动GeV级等离子体加速器与长激光脉冲。我们发现，一个长的，高能量的驱动激光脉冲的时间相位可以调制周期性的共同传播它与低振幅的等离子体波驱动的短，低能量的种子脉冲。通过色散光学器件对调制驱动器的压缩产生适于共振地驱动等离子体加速器的短脉冲的训练。调制的驱动程序发生通过良好控制的线性过程，证实了粒子在细胞（PIC）模拟和分析模型之间的良好协议。PIC模拟表明，一个1.7 J，1 ps的驱动器和一个140 mJ，40 fs的种子脉冲可以加速电子的能量为0.65 GeV的等离子体通道与轴向密度为2.5 × 10 $^{17}$ cm $^{-3}$。这项工作开辟了一条由薄盘激光器驱动的高重复率，GeV级等离子体加速器的路线，它可以提供焦耳级，皮秒持续时间的激光脉冲，重复率为几千赫兹，壁插效率高。
2021-10-27 physics.acc-ph
TeV acceleration in a Matryoshka plasma channel
基于等离子体的加速器提供比传统射频腔高几个数量级的加速场。然而，这些加速场通常与强聚焦场耦合，这可能导致高能量下的显著辐射能量损失。在这项工作中，我们提出了一种新的加速器配置，Matryoshka通道，一个空心等离子体通道稳定的空心等离子体灯丝。我们证明，轴上聚焦等离子体场的情况下，大大减少了辐射损失，允许加速到TeV前沿。
2019-10-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bright 5 - 85 MeV Compton gamma-ray pulses from GeV laser-plasma accelerator and plasma mirror
我们在GeV激光等离子体电子加速器出口处插入一个$100 μ$ m厚的玻璃板$\sim3$ cm，将其转换为紧凑的飞秒脉冲$γ$射线源。这种玻璃等离子体镜具有近乎统一的可靠性，并且只需要粗略的对准，（光子能量$\hbarω_L = 1.17$ eV），$>50\%$效率返回到拖尾电子上（峰值洛伦兹因子$1000 < γ_e < 4400$），产生产生具有亚毫拉德发散的$\sim10^8 γ$射线光子的光学波荡器，估计的峰值亮度$\sim10^{21}$光子/s/mm $^2$ /mrad $^2$ / $0.1\%$带宽和可忽略的韧致辐射背景。$γ$射线的光子能量$E_γ= 4γ_e^2 \hbarω_L$，从每次发射测得的$γ_e$推断，峰值从5到85 MeV，跨越了一个范围，否则只能从大型GeV直线加速器的高强度$γ$射线源获得可比的亮度。
2017-05-24 physics.acc-ph
Accelerating Molecular H$_2^+$ Beam in AGS and RHIC
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
本文提出在AGS和RHIC中加速分子H₂⁺束流至更高能量，探讨其潜在应用和优势。
2026-01-23 nucl-ex physics.acc-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
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 via laser-augmented blowouts in two-column plasma structures
我们提出了一个正电子加速装置，它由一个电子驱动器和一个激光脉冲组成，产生一个双重等离子体柱结构。由此产生的尾流场是能够加速正电子束在长距离，即使考虑到司机的演变。该计划是通过粒子模拟研究。进一步得到了加速场和聚焦场的解析表达式，给出了见证聚束加速的平衡线。
2022-04-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Meter-scale supersonic gas jets for multi-GeV laser-plasma accelerators
本文研制了米级超声速气体射流，包括30 cm单模块射流和9模块组装的1.0 m长模块化射流，并利用飞秒贝塞尔光束首次演示了1.0 m长氢等离子体的产生，为多GeV激光尾场加速提供了关键等离子体波导技术。
2024-11-19 physics.acc-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
Refraction of $e^-$ beams due to plasma lensing at a plasma-vacuum interface -- applied to beam deflection in a Copper cell with electrical RF-breakdown plasma
我们制定了一个可能的描述的偏转的相对论性$e^-$光束在不均匀的铜等离子体中，遇到的光束传播时，通过一个加速细胞，经历了高电场RF击穿。众所周知，非均匀等离子体形成并且可以持续高达几微秒，直到在加速结构中复合，其中场发射触发RF单元壁变形的熔化和电离。我们提出了一个初步的模型，由于集体等离子体响应的基础上的束流密度，等离子体密度和相互作用长度的偏转。
2014-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical simulations of electron acceleration driven by heavy ion beams in plasma with alternating density gradients
针对重离子束驱动等离子体加速中因失相长度短导致能量增益低的问题，本文提出周期性切换尾场束加速相位并采用交替密度梯度等离子体的方法，以维持尾场结构并提升能量增益。
2025-07-03 physics.acc-ph
A numerical study on plasma acceleration processes with ion dynamics at the sub-nanosecond timescale
INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所，弗拉斯cati国家实验室）；Department of Physics, Tor Vergata University of Rome（罗马托尔韦加塔大学物理系）；INFN, Section of Milan（意大利国家核物理研究所，米兰分部）
本文通过数值模拟研究了亚纳秒时间尺度上等离子体加速过程，揭示了离子动力学在等离子体恢复时间与初始密度非单调依赖关系中的作用，并评估了流体模型的适用性。
2026-02-03 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
Recent results at SPARC_LAB
目前的活动的ESTLAB测试设施的重点是实现基于等离子体的加速实验，目的是提供几个GV/m的数量级的加速场，同时保持整体质量（在能量扩散和发射度方面）的加速电子束。下文介绍了这一活动的现状。我们还展示了与等离子体作为聚焦透镜的可用性相关的结果，这些结果是基于等离子体的完整聚焦和加速系统。
2018-01-18 physics.acc-ph
Increase of amplitude of accelerating wakefield excited by sequence of short relativistic electron bunches in plasma at magnetic field use
早些时候，作者发现了短相对论电子聚束序列的机制，即使聚束的重复频率与等离子体频率不同，也会导致尾场的共振激发。在这种情况下，由于相对于等离子体波进入坏相位的聚束的散焦，恢复了频率的同步。然而，在这种情况下，聚束丢失，其结果是不参与尾流场的激发。本文采用数值模拟的方法研究了磁化等离子体中电子束团的动力学行为以及相对论电子短束团长序列对尾流场的激发。当使用磁场时，散焦的聚束在一定时间之后返回到与场相互作用的区域。在这种情况下，聚束的电子返回到场的必要相位，参与尾流场的激发。而且，磁场的使用导致激发波的频率相对于聚束的重复频率的增加。后者增加了保持共振的时间，因此，导致激发的尾流场的振幅增加。
2020-09-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High quality electron beam generation in a proton-driven hollow plasma wakefield accelerator
质子驱动的等离子体尾场加速器的模拟表明，与传统的加速器相比，质子驱动的等离子体尾场加速器具有更高的加速梯度，并且在单个等离子体阶段中将电子加速到能量前沿的可行性。然而，由于强内禀横向场的径向和时间变化，证明光束质量仍然远远不适合在未来的对撞机的实际应用。在这里，我们证明了有效的加速电子在质子驱动的尾场在一个中空的等离子体通道。在这种情况下，见证聚束位于具有强加速场的区域中，不受等离子体电子和离子的影响。我们表明，携带约10%的1 TeV的质子驱动电荷的电子束可以加速到0.6 TeV，保持归一化发射度在一个单一的通道的700米。这种高质量和高电荷束可能为未来基于等离子体的能量前沿对撞机的发展铺平道路。
2017-10-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Comment on "Physics considerations for laser-plasma linear colliders" and on "Beamstrahlung considerations in laser-plasma-accelerator-based linear colliders"
C. B. Schroeder，E.埃萨雷角Benedetti和W. P. Leemans {Phys.Rev.STAccel. Beams 13，101301（2010）和15，051301（2012）}已经提出了基于等离子体尾场加速器原理的TeV级对撞机的一组参数。特别是，它建议，大于10^34 cm-2s-1的亮度是可以实现的电子-正电子对撞机。在这篇评论中，我们在第一原理的基础上对这组参数进行了争论。加速束与等离子体的相互作用对束的性质和可达到的亮度值施加了基本的限制。
2013-07-08 physics.acc-ph
Preliminary Study for an RF photocathode based electron injector for awake project
质子驱动等离子体尾流场加速（PDPWA）实验是欧洲核子研究中心（CERN）批准的AWAKE计划。PDPWA方案包括一个种子激光器，一个驱动光束，以建立等离子体细胞内的加速尾场;和一个见证光束被加速。驱动束质子将由CERN的超级质子同步加速器（SPS）提供。等离子体电离将由种子激光器和驱动束质子来执行，以产生加速尾场。在建立尾流场后，应将见证束，即来自专用源的电子束注入等离子体室。本实验的主要目的是演示在10 $\,$ m等离子体中将5-15 $\,$ MeV的单聚束电子束加速到1 $\,$ GeV。本文在CERN现有PHIN光电注入器的基础上，探讨了用射频光阴极作为PDPWA方案电子源的可能性。为了提供所需的电子束，对现有的设计，初步的束流动力学模拟的修改，本文提出。
2014-06-05 physics.acc-ph
A compact electron injector for the EIC based on plasma wakefields driven by the RHIC-EIC proton beam
对RHIC-EIC质子束流作为驱动束流在等离子体尾场加速实验中的应用进行了初步的模拟研究。质子束进入等离子体并经历自调制，形成一系列微聚束。这些微聚束共振地驱动等离子体内的电子密度扰动，激发具有超过$\mathrm{GVm^{-1}}$的加速梯度的纵向电场。将电子注入到产生的尾场中提供了一种用于加速电子聚束的有效方法，用于所提出的EIC对撞机。
2019-07-02 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration of a Positron Bunch in a Hollow Channel Plasma
该研究在空芯通道等离子体中实验验证了正电子束驱动的尾场加速，实现了70 MV/m的加速梯度，为对称加速正负电子束提供了概念验证。
2023-12-30 physics.acc-ph
Plasma acceleration limitations due to betatron radiation
在尾场加速中，由束的纵向尺寸引起的高能量扩散是众所周知的。通常，这个问题可以通过束流加载效应来解决，该效应允许沿着束流的整个持续时间保持加速场几乎恒定。然而，在这项工作中，我们想解决另一个在高能量下产生的能量扩散来源，这是由于电子感应加速器辐射。
2018-02-09 physics.acc-ph
Compact ring-based X-ray source with on-orbit and on-energy laser-plasma injection
我们在这里报告的结果，为期一周的调查概念设计的X射线源的基础上，紧凑的环上的轨道和能量的激光等离子体加速器。我们在2016年6月的USPAS课程“加速器，激光和等离子体物理学”中进行了这些研究。“运用发明的艺术TRIZ。我们描述了三个版本的光源，其具有能量为$1\,\rm{GeV}$或$3\,\rm{GeV}$的电子束的约束，并且磁晶格设计为正常导电（仅对于$1\,\rm{GeV}$束）或超导（对于任一束）。电子束在环中再循环，以增加有效光子通量。我们描述的设计选择，提出相关参数，并描述这些机器的见解。
2016-10-17 physics.acc-ph
Chirp mitigation of plasma-accelerated beams using a modulated plasma density
基于等离子体的加速器提供了推动未来紧凑型光源和高能物理应用的可能性。实现良好的光束质量，特别是小的光束能量扩散，仍然是主要的挑战之一。对于稳定的传输，光束位于尾流场的聚焦区域，该区域仅覆盖加速场的斜率。然而，这会沿着聚束留下纵向能量相关（啁啾）的印记。在这里，我们提出了一个交替的等离子体中的聚焦方案，以减轻这种啁啾的发展，从而保持一个小的能量扩散。
2016-03-28 physics.acc-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
Positron Acceleration in an Elongated Bubble Regime
提出了一种在非线性等离子体尾场加速器中加速正电子的新概念。通过加载尾流场（等离子体气泡的背面）与短的电子束，在第一个气泡之后创建了过量等离子体电子积累的扩展区域，从而产生了有利的区域，同时具有正电子的聚焦和加速场。通过广泛的参数扫描，获得了优化加载参数的比例律。由于聚焦场的良好质量，在这种新的制度下，可以实现正电子加速与发射度保存，它已被证明在三维粒子模拟。
2021-10-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A muon source based on plasma accelerators
介绍了一个基于等离子体的电子-γ对撞机的GeV级μ子紧凑源的概念设计。的μ介子通量，光谱和亮度的评价，进行了特设蒙特卡罗模拟的电子-伽马碰撞。这些分析的背景下，一个大的传播的不变质量的电子-伽马相互作用，由于等离子体自注入GeV电子束的典型特征，携带大束团电荷与巨大的能量扩散。一个紧凑的点状μ子源的可用性，可在纳秒级，μ子射线照相应用领域可能会打开一个全新的场景。
2017-11-18 physics.acc-ph
Benchmarking of hydrodynamic plasma waveguides for multi-GeV laser-driven electron acceleration
本研究对流体动力学等离子体波导进行基准测试，通过精确模拟贝塞尔光束与气体靶相互作用，结合实验验证，为多GeV至100 GeV级激光等离子体加速器设计提供可靠导模结构。
2024-04-21 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Laser-driven high-quality positron sources as possible injectors for plasma-based accelerators
射频加速器可持续的加速场的幅度的内在约束要求追求替代和更紧凑的加速方案。其中，基于等离子体的加速器可以说是最有前途的，这要归功于它们可以维持的高加速场，大大超过了GeV/m。虽然基于等离子体的电子加速现在已经足够成熟，可以在这个方向上进行系统的研究，但正电子加速仍然处于起步阶段，目前正在进行的项目有限，为进一步的实验提供可行的测试设施。在这篇文章中，我们提出了一个最近证明的激光驱动配置作为一个相对紧凑和廉价的高品质的超相对论正电子源的激光驱动和粒子驱动等离子体尾场加速研究。蒙特卡罗模拟表明，近期的高强度激光设施可以产生高电流，飞秒尺度的持续时间，并在GeV范围内的能量足够低的归一化发射度的正电子束注入进一步的加速阶段。
2018-06-07 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
Multi-GeV Wakefield Acceleration in a Plasma-Modulated Plasma Accelerator
本文研究等离子体调制等离子体加速器（P-MoPA），通过调控调制级参数使尾场振幅比拍波加速器高72%，并展示少焦耳皮秒脉冲驱动下实现多GeV电子加速的潜力。
2023-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High average gradient in a laser-gated multistage plasma wakefield accelerator
由粒子束驱动的等离子体尾场加速器能够提供比目前使用的射频技术高几个数量级的加速梯度，这可以减少粒子加速器的长度，这对未来TeV能量的对撞机的发展和X射线自由电子激光的最小化产生了巨大的影响。由于等离子体间的成分和距离是加速器总长度的最大贡献者之一，分级等离子体加速器的设计是最重要的悬而未决的问题之一，以使这项技术的工具。在这里，我们提出了一个新的概念，以优化等离子体间的距离在一个阶段的光束驱动的等离子体加速器的驱动光束耦合在时域和门控加速器通过飞秒电离激光。
2022-10-05 physics.acc-ph
Transformer ratio enhancement at wakefield excitation in blowout regime in plasma by electron bunch with semi-gaussian charge distribution
利用2d3v程序LCODE，对相对论性电子束团在等离子体中的非线性尾场激发进行了数值模拟，电子束团的电荷分布为高斯分布，随电荷分布的增大而增大，然后急剧减小到零。考虑到尾流场的非线性，研究了束团内部最大加速场与最大减速场之比即Transformer比对尾流场加速的影响。在束团电荷恒定的情况下，研究了Transformer比和最大加速场与束团长度的关系。考虑到非线性尾场的长度随束团长度的增加而增加。结果表明，对于一定长度的束团，Transformer比达到最大值。由于聚束的分布和尾流场的非线性，Transformer比的最大值达到6。
2020-01-09 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
An Innovative Transverse Emittance Cooling Technique using a Laser-Plasma Wiggler
我们提出了一个创新的光束冷却方案的基础上激光驱动等离子体尾场，以解决未来的直线对撞机的高亮度产生的挑战。对于直线对撞机，束流冷却是通过阻尼环与摇摆磁铁和加速腔装备。该方案确保通过同步辐射发射系统地减少相空间体积，同时通过加速腔补偿纵向动量损失。本文介绍了等离子体摇摆器的概念及其类似于磁摇摆器的有效模型;论证了等离子体摇摆器特性与阻尼特性的关系;提出了支持激光传输优化的粒子模拟方法。数值模拟了横向尾流场的振荡和由此产生的正弦探测束轨迹。与传统扭摆器相比，一个数量级更大的有效扭摆器场的形成被成功地说明。潜在的阻尼环设计的基础上，这种新型的等离子体为基础的技术和性能的阻尼时间和足迹进行了比较，现有的传统阻尼环设计。
2021-12-15 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
9 GeV Energy Gain in a Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
在1.3m长的电子束驱动等离子体尾场加速器中，电子束获得了9 GeV/粒子的最大能量。在光谱峰中加速的电荷量为28.3 pC，均方根能量扩展为5.0%。平均加速电荷和能量增益每粒子的215杆数据集分别为115 pC和5.3 GeV，对应的加速度梯度为4.0 GeV/m的光谱峰值。数据集的平均能量分布为5.1%。这些结果是一致的外推的先前报告的能量增益的结果，使用较短的，36厘米长的等离子体源，在10%以内，表明一个非演变的尾流结构，可以传播的距离超过一米的长度。尾流加载效应是明显的，通过观察到的各种光谱特性和加速电荷的量之间的强依赖性的数据。
2015-11-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Parametric mapping of the efficiency$\unicode{x2013}$instability relation in plasma-wakefield accelerators
本文通过粒子网格模拟，参数化研究了等离子体尾场加速器中效率与束流不稳定性之间的关系，发现该关系为不稳定性强度的下限，并探讨了降低振荡幅度的方法。
2025-05-26 physics.acc-ph
New Challenges in Plasma Accelerators: Final Focusing for Wakefield Colliders
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；CERN（欧洲核子研究中心）；Old Dominion University（老道明大学）
本文探讨了等离子体加速器在高能碰撞中最终聚焦系统面临的挑战，并提出了首个10 TeV线性波荡机碰撞器的最终聚焦系统设计及性能评估。
2026-02-17 physics.acc-ph
All-optical GeV electron bunch generation in a laser-plasma accelerator via truncated-channel injection
提出截断通道注入方案，利用全光等离子体通道引导驱动脉冲产生无暗电流的高质量GeV电子束，并通过实验和模拟验证了其有效性及进一步提升能量的潜力。
2024-01-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlled acceleration of GeV electron beams in an all-optical plasma waveguide
激光等离子体加速器产生100 GV/m量级的电场，比射频加速器大1000倍以上。由于这种独特的场强，它们似乎是产生超过TeV电子束的有希望的路径，用于高能物理。然而，如果大的电场不保持在长距离上，则它们几乎没有益处。因此，引导驱动加速器的超强激光脉冲至关重要。如果电子束的性质在一次又一次地完全改变，那么达到很高的能量同样是无用的。虽然目前最先进的激光等离子体加速器已经可以通过调整等离子体结构来分别解决引导和控制的挑战，但结合高质量和高能量的光束的产生还有待证明。在这里，我们使用了一种新的方法来引导激光，并将其与受控注入技术相结合，以证明从50 TW级激光器可靠有效地加速高达1.1 GeV的高质量电子束。
2021-08-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron beam transfer line design for plasma driven Free Electron Lasers
等离子体驱动粒子加速器代表了紧凑型加速机器的未来，自由电子激光将从这些新技术中受益。这种新方法的自由电子激光机的主要问题之一是设计所需的传输线匹配的电子束与磁波荡器。尽管降低等离子体束的色度是主要目标之一，但这条线的目标是即使在具有相当大的色度值的光束的情况下也是有效的。这里解释的方法基于代码GIOTTO [1]，该代码使用自制的遗传算法工作，并且能够直接使用完整的3D跟踪代码找到最佳匹配线布局。
2018-03-01 physics.acc-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
Matched Guiding and Controlled Injection in Dark-Current-Free, 10-GeV-Class, Channel-Guided Laser Plasma Accelerators
本文研究了通道引导激光等离子体加速器中500 TW激光的匹配引导与受控注入，实验实现无暗电流的9.2 GeV准单能电子加速，并通过模拟证明激光模式控制可显著改善束流参数。
2024-08-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of Synchrotron Radiation on Staged Plasma Wakefield Accelerators
INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利核物理研究所，弗拉斯卡蒂国家实验室）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
研究级联等离子体尾场加速器中，级间段同步辐射对加速梯度和最终能量达到的影响。
2026-06-24 hep-ex physics.acc-ph
Multi-GeV Electron Combs from a Plasma Wakefield Accelerator
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，ENSTA，巴黎理工学院）；Department of Physics and Astronomy, UCLA（加州大学洛杉矶分校物理与天文系）；Department of Physics, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
研究利用等离子体加速器产生多GeV电子梳，通过驱动束周期性收缩及等离子体密度变化实现原位相空间塑造，产生具有特定能量和时间结构的微束团，为定制电子束能量 - 时间结构奠定基础。
2026-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Highly spin-polarized multi-GeV electron beams generated by single-species plasma photocathodes
等离子体加速器的高梯度和高效率加速已经得到证明，显示出其作为未来在粒子物理学的能量前沿运行的对撞机的基石的潜力。然而，在这样的对撞机中使用基于等离子体的加速器产生和加速所需的自旋偏振光束一直是一个长期存在的挑战。在这里，我们表明，通过一个单一的物种（镱）蒸汽的高度相对论性，高电流的电子束的通道激发非线性等离子体唤醒主要电离的两个外部6s电子。通过圆偏振激光器进一步光电离所得到的Yb 2+离子，将4f14电子注入该尾流中，产生高度自旋偏振的光束。结合含时薛定谔方程模拟与粒子在细胞模拟，我们表明，亚飞秒，高电流（4 kA）的电子束与高达56%的净自旋极化可以产生和加速到15 GeV，在短短41厘米。这个相对简单的方案解决了在基于等离子体的加速器中产生自旋极化相对论电子的复杂问题。
2022-06-17 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.optics
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
Demonstration of a compact plasma accelerator powered by laser-accelerated electron beams
等离子体尾场加速器能够维持千兆伏/厘米的加速场，超过最先进的加速器模块中的电击穿阈值3-4个数量级。束流驱动尾流场为高质量束流的产生和加速提供了特别有吸引力的条件。然而，该方案依赖于更大规模的加速器。在这里，我们报告的演示毫米级等离子体加速器由激光加速电子束供电。我们展示了电子束加速到130兆电子伏，与模拟显示加速梯度超过100 GV/m。这种小型化的加速器进一步探讨通过采用一对受控的驱动和见证电子束，其中一小部分的驱动器能量被转移到加速见证通过等离子体。这种混合的方法允许在广泛访问的高功率激光设施的束驱动等离子体加速器的概念的基础研究。它有望为诸如自由电子激光等要求高质量的应用提供紧凑的高能高亮度电子束源。
2019-09-14 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Faraday rotation study of plasma bubbles in GeV wakefield accelerators
我们可视化等离子体气泡驱动的0.67 PW的激光脉冲在等离子体的密度$n_e \approx 5\times10^{17}$ ${\rm cm}^{-3}$成像法拉第旋转图案印在线性偏振的探测脉冲的波长$λ_{pr} = 1.05 μ$ m和持续时间$τ_{pr} = 2$ ps或$1$ ps，交叉气泡的路径在直角。当气泡捕获并加速几十到几百pC的电子电荷时，我们观察到两条平行的条纹长度$cτ_{pr}$跨越驱动脉冲传播轴，由$\sim45$ $μ$ m分开，其中探测极化在相反方向上旋转$0.3^\circ$到$5^\circ$以上。伴随的模拟表明，它们是由于法拉第旋转的部分密集的气泡侧壁，是由方位角磁场的加速电子在整个气泡的探针过境。条纹的宽度的分析表明，准单能的高能量电子和尾随的低能量电子内的气泡有助于观察到的信号的可区分的部分，鞘电子的相对论流抑制法拉第旋转从后面的气泡。结果表明，法拉第旋转诊断的有利缩放比以前证明的等离子体密度低$40\times$。
2021-09-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Introduction to Plasma Accelerators: the Basics
在这篇文章中，我们集中在相对论等离子体波加速器的基本物理。强激光或电子束在低密度等离子体中产生相对论性等离子体波，对加速器产生超高加速度梯度具有重要意义。许多方法正在大力追求，以实现超高的加速梯度使用各种等离子体波驱动器，这些包括尾场加速器驱动的光子，电子和离子束。我们描述的基本方程，并显示如何强烈的光束可以产生一个大振幅的相对论等离子体波能够加速粒子到高能量。我们还演示了这些相对论电子波如何加速等离子体中的光子。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Characterization of self-injected electron beams from LWFA experiments at SPARC_LAB
基于等离子体的加速是一种令人鼓舞的技术，以克服在传统的RF加速的加速梯度的限制。等离子体加速器能够提供高达数百个$GeV/m$的加速场，为在短距离（毫米范围以下）内将粒子加速到几MeV铺平了道路。在这里，初步的电子束的特性与自注入机制所产生的火焰高功率激光器在实验室测试设施。详细地说，在能量为$1.5\ J$的焦点上的激光和脉冲时间长度（FWHM）为$40\ fs$的情况下，我们获得了由于激光电离的电子等离子体密度约为$6 \times 10^{18}\ cm^{-3}$，电子能量高达$350\ MeV$，束电荷在$(50 - 100)\ pC$范围内。
2018-02-03 hep-ex physics.acc-ph
