Electron dynamics and injection in plasma-based accelerators with sharp vacuum-plasma transitions
从理论上研究了激光或粒子束从真空进入欠密等离子体的动力学过程。我们的理论模型结合了拉格朗日流体模型与经典的准静态尾流场理论。研究发现，背景电子可以注入尾场，因为尖锐的真空-等离子体跃迁可以降低注入阈值。该模型可以从理论上给出注入条件、注入阈值以及注入长度，并与计算机模拟结果进行了比较。此外，在注入阈值附近可以产生高质量的电子束，该方案在降低注入阈值和提高等离子体加速器的束流质量方面具有广阔的应用前景。
2017-11-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Excitation of the transition radiation by a relativistic electron bunch at the boundary of a semi-infinite plasma waveguide
研究了相对论电子束团在半无限大等离子体波导输入端激发电磁场的过程。确定了短跃迁电磁脉冲的形状和强度，并研究了其在等离子体波导中传播过程中的演化。此外，还考虑了等离子体边界对等离子体波导中等离子体尾流振荡空间结构的影响。
2021-01-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical density downramp injection in electron-driven plasma wakefield accelerators
等离子体尾场加速器的一个关键问题是如何将高质量的电子注入等离子体波中。在这里，我们报告的第一个实验演示的等离子体密度下降斜坡注入的电子驱动的等离子体尾场加速器，它可以控制和调整的mJ级激光脉冲的全光学方式。激光脉冲在其到达之前被引导穿过等离子体波的路径，在该路径处，激光脉冲除了通过高电离阈值气体成分的隧穿电离产生背景等离子体之外还产生局部等离子体密度尖峰。该密度尖峰在密度下降斜坡期间使等离子体波失真，导致等离子体电子被注入到等离子体波中。通过调整激光脉冲能量和形状，可以设计高度灵活的等离子体密度尖峰分布，从而实现无暗电流的多功能高质量电子束的产生。这又允许产生独特的注入光束配置，例如反向振荡的双光束。
2020-07-24 physics.acc-ph physics.plasm-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
Witness electron beam injection using an active plasma lens for a proton beam-driven plasma wakefield accelerator
有源等离子体透镜使用由通过等离子体的放电电流产生的磁场同时在水平和垂直平面上聚焦射束。使用100 T/m数量级的聚焦梯度，可以在短距离内获得5- 10 $μ$ m的光束尺寸。因此，有源等离子体透镜是用于等离子体尾场加速的有吸引力的元件，因为需要极小尺寸的见证电子束注入到等离子体尾场中以最小化发射度增长并提高捕获效率。当驱动电子束和见证电子束共同传播通过有源等离子体透镜时，必须考虑驱动电子束和见证电子束与等离子体之间的相互作用。在本文中，通过粒子模拟，我们讨论了使用主动等离子体透镜的电子束的最终聚焦的AWAKE运行2实验的可能性。证实了质子束团激发的等离子体尾波场的振幅即使在通过有源等离子体透镜后也保持不变。在透镜的等离子体密度斜坡区，见证电子束的发射度迅速增加。然而，当见证电子束具有100 pC的电荷、10 mm mrad的发射度和60 $μ$ m的聚束长度时，其发射度沿有源等离子体透镜的增长并不显著。对于小的发射度，如2毫米毫拉德，发射度的增长被发现是强烈依赖于RMS束的大小，等离子体密度，和多重库仑散射。
2021-12-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Scalings for ultra-relativistic laser plasmas and monoenergetic electrons
本文导出了超相对论激光与等离子体相互作用的相似理论。首先，它表明，最基本的S-相似性是有效的下和过密等离子体。然后，在非常详细地考虑了tenious等离子体的特殊情况。结果表明，在这种情况下，电子动力学有两个特征尺度。快尺度对应于对某个吸引子解的松弛。慢动力学描述了这个吸引子的绝热演化。这导致了一个显着的波破碎排除规则在三维几何。一个相似性理论的慢动力学允许获得简单的“工程”缩放的最大电子能量，加速电子的数量，电子束密度，和加速距离。这些定标的目的是设计一个高能量的激光等离子体加速器产生的电子束具有优越的性能。
2004-10-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High brightness, symmetric electron bunch generation in a plasma wakefield accelerator via a radially-polarized plasma photocathode
John Adams Institute for Accelerator Science（约翰·亚当斯加速器科学研究所）；Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系）；Somerville College（萨默维尔学院）
本文扩展等离子体光阴极方案，采用径向极化激光产生高电荷、高亮度且发射度对称的电子束，并通过贝叶斯优化评估性能，发现其在最优加载下优于线极化方案。
2025-05-16 physics.acc-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
Homogeneous Focusing Field for Short Relativistic Electron Bunches in Plasma
对相对论短电子束团在等离子体尾流透镜中的聚焦进行了解析和数值模拟研究。对于两种透镜，导出了相对论电子束团聚焦序列的必要参数。这些参数的验证进行了数值模拟。
2020-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Convergent trajectories of relativistic electrons interacting with lasers in plasma waves
本研究基于经典Landau-Lifshitz方程理论与数值研究等离子体波中相对论电子与激光的作用，发现存在能量得失平衡时的电子收敛轨迹，可用于冷却等离子体加速产生的相对论电子束。
2024-08-16 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
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
Emittance preservation of an electron beam in a loaded quasi-linear plasma wakefield
本文研究了短质子束驱动的准线性等离子体尾场中加速高电荷电子束的束流加载和发射度保持问题。所研究的尾流场的结构类似于长的调制质子束，例如AWAKE质子驱动器。我们表明，通过适当地选择电子束参数和利用两个众所周知的效果，束加载的尾流场和充分吹出的等离子体电子的加速束，电子束可以获得大量的能量与窄的最终能量扩展（%-水平），没有显着的发射度增长。
2017-10-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Sources and Diagnostics
精心设计、控制和诊断的等离子体源是掌握等离子体粒子加速器技术的关键因素。这项工作回顾了基本的物理概念，等离子体源的常见类型，和可用的诊断技术，提供了一个起点，先进的研究进入这一领域。
2020-07-16 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
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
Mapping electromagnetic fields structure in plasma using a spin polarized electron beam
本文提出了一种利用自旋极化相对论电子束映射等离子体中电磁场结构的方案。特别是利用粒子模拟和电子自旋示踪模拟，我们成功地从透射电子束的自旋演化重建了等离子体尾场。利用粒子模拟方法得到了探测束的运动轨迹，并利用自旋追迹法计算了探测束在磁场中的自旋演化。重建后的场反映了原场的主要特征，证明了利用自旋极化相对论电子束进行场探测的可行性。
2019-07-01 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Plasma-Cascade micro-bunching Amplifier and Coherent electron Cooling of a Hadron Beams
在本文中，我们描述了一个不稳定性，我们称之为等离子体级联放大器，发生在沿直线轨迹传播的电子束。
2018-02-23 physics.acc-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
Plasma boosted electron beams for driving Free Electron Lasers
在本文中，我们报告的模拟结果，在EuPRAXIA \cite{Walk2017}和EuPRAXIA@ ENUB\_LAB \cite{Ferr2017}项目的框架内，旨在提供一个高亮度的电子束驱动的自由电子激光（FEL），采用等离子体后加速方案。升压等离子体波由数十个\SI{}{\tera\watt}类激光器驱动，并将外部注入光束的能量加倍，达到\GeV{1}。模拟注入的聚束从一个光注入器开始，匹配等离子体，升压，最后匹配到波荡器，在那里它的能力，以产生$O(\num{e11})$光子每次拍摄在\nm{2.7}的自由电子激光辐射验证。
2018-02-19 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
Selfacceleration of Electrons in One-dimensional Bunches, Moving in Cold Plasma
用多尺度微扰方法研究了一维超相对论电子束团在冷等离子体中运动的非线性动力学。取聚束电子的逆洛伦兹因子的平方根作为小参数。在一级近似下，束团电子动量发生了变化，在欠密等离子体中，对于组合束团的模型例子，束团电子的自加速是显著的。
1996-09-10 acc-phys physics.acc-ph
Deciphering in situ electron dynamics of ultrarelativistic plasma via polarization pattern of emitted gamma photons
对超相对论等离子体动力学的理解和解释是一个挑战，这就要求发展\textit{in situ}探测等离子体动力学特性的方法。提出了一种利用圆极化脉冲辐照非预极化等离子体产生的$γ$ -光子的极化特性的新方法。我们表明，$γ$ -光子线偏振的角模式是明确相关的辐射电子的动力学，这提供了信息的激光等离子体相互作用制度。利用电子辐射自旋翻转产生的$γ$ -光子圆极化，测量了等离子体对量子电动力学过程的敏感性。我们的研究表明，发射的$γ$ -光子的偏振信号可以是一个通用的信息源，这将是有益的研究领域的激光驱动等离子体，加速器科学和实验室天体物理。
2022-04-30 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.app-ph
Electron polarization in ultrarelativistic plasma current filamentation instabilities
研究了超相对论电子束撞击过密等离子体的等离子体电流分布，着重研究了辐射诱导电子极化。粒子模拟提供了三种不同制度的电流丝，即，正常的灯丝，异常灯丝，和淬火制度的分类和深入的分析。我们发现，电子辐射极化出现在沿方位角方向的动量空间，这显着不同的制度的不稳定性。我们提出了一个直观的哈密顿模型来追踪电子极化动力学的起源。特别是，我们辨别的作用，非线性横向运动的等离子体细丝，这会导致辐射自旋翻转的不对称性，产生积累的电子极化。我们的研究结果打破了传统的看法，即准对称场是低效的产生辐射自旋极化光束，这表明电子极化的实验室和天体物理等离子体不稳定性的新信息的来源的潜力。
2022-12-06 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.acc-ph
