High efficiency uniform wakefield acceleration of a positron beam using stable asymmetric mode in a hollow channel plasma
在井喷制度的等离子体尾场加速是特别有前途的高能量加速的电子束，因为它的潜力，同时提供大的加速梯度和高的能量转移效率，同时保持良好的束质量。然而，迄今为止还没有发现等离子体尾流中正电子加速的等效机制。我们表明，经过一个短的传播距离，一个不对称的电子束驱动一个稳定的尾场在一个中空的等离子体通道，可以加速和聚焦的正电子束。在驱动束团后面适当距离处放置高电荷正电子束团，可以对纵向尾场进行束流加载或平坦化，并增强横向聚焦力，从而导致正电子的高效率和窄能量扩展加速。三维准静态粒子模拟结果表明，该方案可以同时获得30%以上的尾流能量提取效率和1%的能级能量扩展，进一步优化是可行的。
2021-06-09 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
Effect of Dielectric Wakefields in a Capillary Discharge for Plasma Wakefield Acceleration
该研究针对等离子体尾场加速用介质毛细管的介质尾场效应，实验验证了驱动束团轨迹偏移、沿束位置对偏转效应的影响，探究了尾场衰减规律，为相关加速器设计提供了参考。
2024-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-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
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
Charge coupling in multi-stage laser wakefield acceleration
多级激光加速技术是全光无抖动电子加速器的关键技术之一。使用几个独立的激光驱动器和较短长度的等离子体靶允许稳定的和可再现的加速电子聚束（或束）在GeV的能量与较低的能量扩展。同时，在连续加速阶段中有效加速所需的电荷耦合共同取决于注入电子束、升压阶段和激光脉冲尾流中电子束的非线性横向动力学的参数。非匹配电子束注入助推级后，其非线性横向演化会导致尾流场加速阶段的场强扰动甚至降低。在多级激光尾场加速中，电荷耦合的分析和表征变得至关重要。在这里，我们调查两个阶段LWFA通过完全相对论多维粒子在细胞中的模拟，并根据最关键的参数，这会影响有效的耦合和加速的电子束在助推器阶段。
2019-11-15 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
Gas cell density characterization for laser wakefield acceleration
在多级激光尾场加速器的激光等离子体电子注入器设计中，等离子体密度的控制是稳定加速过程的关键因素。使用具有可变参数的单元来限制气体并定制密度分布。气体填充过程的特征在于实验和流体模拟。结果表明，实验和模拟之间的良好协议。还使用模拟来研究每个气室参数对密度分布的影响，并显示精细控制密度分布的可能性。
2018-01-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Ultrabrilliant Positron Beam via Superponderomotive Injection in Laser Wakefield Acceleration
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Nankai University（南开大学）
该研究提出激光尾场加速中超有质动力注入方法，通过粒子模拟验证产生低发射度多周期正电子束，为超高亮度正电子源提供新型紧凑途径。
2026-08-04 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
Heavy ion driven plasma wakefield acceleration with drift-like phase-shift acceleration scheme
Institute of Modern physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Cockcroft Institute（科克沃尔研究所）
针对传统密度调制方案尾场退化问题，提出类漂移相移加速方案，通过漂移段控制相移避免退相，模拟显示电子在1.65米内加速至700 MeV，能量展宽5%，并验证了实际可行性。
2026-09-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An Overview of Recent Progress in Laser Wakefield Acceleration Experiments
本文的目标是检查在过去十年（2004-2014）的激光尾流场加速的实验进展，并使用数据的趋势来理解一些重要的物理过程。通过对50多个实验的分析，揭示了等离子体密度、加速器长度、激光功率和最终电子束能量之间关系的各种趋势。这些数据表明，目前的实验是有限的失相，目前的实验通常需要一些脉冲的演变，以达到捕获阈值。
2017-05-30 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
Overcoming the dephasing limit in multiple-pulse laser wakefield acceleration
激光驱动等离子体尾场加速中的电场比传统的射频腔高几个数量级，但能量增益受到超相对论电子聚束和尾场之间的移相的限制，尾场以激光群速度传播。我们提出了一种方法来克服这个限制在一个单一的等离子体阶段。通过调制密度分布，可以在飞行中控制激光脉冲训练后尾流场的幅度。这产生了一系列的共振激光等离子体加速器部分和非共振漂移部分，在这些部分内尾场消失，电子重新相位。一个二维的粒子在细胞模拟与四个2.5TW激光脉冲产生50MeV的电子能量增益，四倍，从均匀的等离子体。虽然激光红移防止操作在井喷制度，该技术提供了增加的能量增益的加速器限制到线性制度的可用激光功率。这对于能够以高重复率操作的激光等离子体X射线源特别相关，这是高度追求的。
2020-01-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Single-Shot Characterization of High Transformer Ratio Wakefields in Nonlinear Plasma Acceleration
等离子体尾场可以使前沿高能粒子加速器具有非常高的加速梯度，超过10 GeV/m。为了克服对可实现的总加速度的限制，可以在线性和非线性等离子体尾流场加速器（PWFA）中使用特殊形状的驱动束，以增加Transformer比，这意味着相对于在尾流中获得的加速度，驱动束减速度被最小化。在这封信中，我们报告的非线性PWFA，高Transformer比实验的结果，使用高电荷，纵向不对称的驱动光束在等离子体细胞。发射度交换过程用于产生可变的驱动电流分布，结合长（多个等离子体波长）的见证光束。验证光束由尾流场进行能量调制，从而在单次测量中产生包含详细光谱信息的响应。使用这些方法，我们产生了各种光束的轮廓和特征的尾场，直接观察梁加载的Transformer比高达R=7.8。此外，一个基于光谱的重建技术，通过三维粒子模拟验证，被引入到减速尾流数据获得驱动束流分布。
2019-10-18 physics.acc-ph physics.plasm-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
Electron trapping and acceleration by the plasma wakefield of a self-modulating proton beam
结果表明，共线注入的电子或正电子到尾场的自调制粒子束是可能的，并确保高的能量增益。见证光束必须与驱动器的尾部共同传播，因为那里的等离子体波相速度可以超过光速，这是有效加速所必需的。如果验证光束是许多尾场周期长，则被俘获的电荷受到光束加载效应的限制。最初的捕获对正电子来说是更好的，但是在加速阶段，相当一部分正电子从波中丢失。为了有效地捕获电子，等离子体边界必须是尖锐的，密度过渡区短于几厘米。正电子不受初始等离子体密度梯度的影响。
2014-08-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Wakefield Acceleration with a Modulated Proton Bunch
研究了通过调制长质子束团可以获得的等离子体尾波场振幅。我们发现，在长聚束的限制相比，等离子体波长，加速场的强度是成正比的驱动聚束中的粒子数和成反比的横向聚束尺寸的平方。利用现有质子加速器的参数对标度律进行了详细的模拟测试和验证，并实现了大电场，达到1 GV/m的LHC聚束。在这种情况下，发现超过6 TeV的测试电子的能量增益。
2011-05-06 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
Efficient injection of radiation-pressure-accelerated sub-relativistic protons into laser wakefield acceleration based on 10 PW lasers
我们提出了一种混合激光驱动的离子加速方案，使用固体箔和密度定制的背景等离子体的组合目标。在第一阶段，强激光与固体薄膜相互作用中的辐射压加速可产生亚相对论质子束。在第二阶段，该次相对论质子束被进一步加速的激光尾流场驱动的相同的激光脉冲在近临界密度的背景等离子体密度下降的轮廓。在第二阶段开始时，激光波前的传播速度和激发尾场波的相速度被有效地降低。通过沿激光传播方向从临界密度附近逐渐降低背景等离子体密度，尾流在加速质子的同时行进得越来越快。因此，质子和尾流之间的退相被推迟，并且实现有效的尾流场质子加速。这种混合激光驱动质子加速方案可以通过使用峰值功率为10 PW的超短激光脉冲产生多GeV质子束来实现。
2018-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical blast wave control of laser wakefield acceleration in near critical plasma
本文提出利用垂直聚焦纳秒激光脉冲产生的柱状冲击波控制激光尾场加速长度，通过破坏尾场避免失相，并借助等离子体透镜效应改善电子束质量，实验和数值模拟验证了该方法可形成能量可控、发散度改善的准单能电子束团。
2024-03-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Prompt acceleration of the $μ^+$ beam in a donut wakefield driven by a shaped Laguerre-Gaussian laser pulse
最近的反常磁矩实验数据有力地表明了标准模型之外新物理的存在。高能$μ^+$束是中微子工厂、未来μ子对撞机和$μ$ SR（自旋旋转、共振和弛豫）技术的潜在选择。提出了一种在成形拉盖尔-高斯（LG）激光脉冲驱动下环形尾场中对$μ^+$光束的瞬时加速方案。圆环尾场的前向部分可以有效地加速和聚焦正粒子束。LG激光器由近临界密度等离子体成形。整形后的LG激光器上升时间短，加速场大。由整形LG激光脉冲驱动的加速场是由正常LG激光脉冲驱动的加速场的6倍。模拟结果表明，在几皮秒的时间内，$ μ^+$束团可以从$200\mathrm{MeV}$加速到2GeV，并且$μ^+$束团的横向尺寸也从初始的$ω_0=5μm$聚焦到$ω=1μm$.
2021-05-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy Bunching from Sub-Cycle Ionization Injection in Laser Wakefield Acceleration
本文首次实验观测到激光尾场加速中由载波包络相位驱动的能量聚束，利用少周期多太瓦激光在氦氮混合气体中电离注入产生多准单能峰，揭示了亚周期电离注入实现阿秒级控制与束流结构化的潜力。
2025-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy Depletion and Re-Acceleration of Driver Electrons in a Plasma-Wakefield Accelerator
本文首次明确观测到等离子体尾场加速器中驱动电子的再加速现象，并测得驱动器将57%能量沉积于195毫米等离子体，结合其他效率表明其总能量转移效率可达到或超越传统加速器。
2024-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Preliminary Investigation of a Higgs Factory based on Proton-Driven Plasma Wakefield Acceleration
本文提出并初步分析质子驱动等离子体尾场加速希格斯工厂方案，指出其可借助高能质子驱动简化加速级，但有赖于高重复频率紧凑型高能质子束团技术。
2024-09-17 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of the frequency chirp on laser wakefield acceleration
研究了激光尾波场加速器中激光频率啁啾的作用。我们表明，在线性制度，激光脉冲长度的演变是由频率啁啾的影响，和正（负）啁啾压缩（拉伸）激光脉冲，从而增加（减少）的峰值矢量势和尾场振幅。在熄灭机制中，频率啁啾可用于微调激光器前部的局部蚀刻速率。在我们的模拟中，啁啾激光脉冲可以导致15%以上的自陷电子，和10%以上的峰值能量相比，变换限制脉冲。啁啾可以用来控制尾流的相速度，并放松激光器前端的自导引条件。我们的预测证实了多维粒子在细胞模拟与OSIRIS。
2011-12-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficiency and beam quality for positron acceleration in loaded plasma wakefields
在等离子体尾流场中加速粒子到高能被认为是一种很有前途的技术，具有很好的能量效率和高梯度。虽然在基于等离子体的电子加速方面取得了重要进展，但等离子体中的正电子加速几乎没有研究，并且尚未确定完全自洽和最佳的方案。对于需要电子-正电子对撞机的高能物理应用，在等离子体尾场中加速正电子的能力是至关重要的。在这里，我们表明，保存的束流质量可以妥协的等离子体尾场加载正电子束，和能量效率和束流质量之间的权衡需要被found.For电子束驱动线性等离子体尾场，我们发现，尽管由正电子束加载引起的横向非线性聚焦力，束团迅速发展向一个平衡分布有限的发射度增长。粒子模拟表明，对于μ m尺度的归一化发射度，不相关能量扩散的增长设置了一个重要的限制。我们的研究结果表明，线性或适度的非线性制度与高斯驱动器提供了一个很好的权衡，同时实现超过30%的能量转移效率和不相关的能量扩散低于1%，而甜甜圈形的驱动器在非线性制度更适合于加速高电荷聚束在更高的梯度，在效率和光束质量之间的折衷退化的成本。
2021-07-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser wakefield acceleration driven by few-cycle laser pulses in overdense plasmas
我们测量了相对论范围内超短激光脉冲与固体密度等离子体相互作用中高能电子的发射。我们检测到的电子束，只出现了几个周期的脉冲（< 10 fs）和大等离子体尺度长度（$L > λ_0$）。数值模拟，与实验一致，揭示了这些电子被加速的激光尾流场。在等离子体的近临界密度区，几个周期的激光脉冲确实共振激发了等离子体波。然后电子通过电离注入等离子体波并加速到相对论能量。这项研究提供了一个前所未有的洞察物理发生在几个周期的制度。
2018-06-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Scheme for proton-driven plasma-wakefield acceleration of positively charged particles in a hollow plasma channel
提出了一种在等离子体尾场加速器中加速带正电粒子的新方案。如果质子驱动束在中空等离子体通道中传播，并且束半径是通道宽度的量级，则驱动器的空间电荷力导致通道壁处的电荷分离，这有助于聚焦沿束轴传播的带正电的见证聚束。在通道中，带正电荷的粒子的加速桶比均匀等离子体的井喷状态大得多，并且长距离的稳定加速是可能的。此外，可以通过改变通道的半径来调整见证物相对于波的相位，以确保加速度是最佳的。二维模拟表明，对于未来可能出现的质子驱动器，带正电的粒子可以稳定地加速超过1公里，平均加速梯度为1.3 GeV/m。
2013-06-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An $ep$ collider based on proton-driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，高能质子束可以激发强等离子体尾场，并在单个加速阶段将一束电子加速到能量前沿。这一计划可能导致未来的$ep$对撞机使用大型强子对撞机的质子束和一个紧凑的电子加速器的长度为170米，产生电子的能量高达100 GeV。这样的对撞机的参数进行了讨论，以及在欧洲核子研究中心加速器复杂的概念布局。还将介绍等离子体尾场加速的物理学，简要回顾了质子驱动等离子体尾场加速的原理证明AWAKE实验，以及这种$ep$对撞机的物理可能性。
2014-07-08 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
GeV electrons due to a transition from laser wakefield acceleration to plasma wakefield acceleration
我们通过实验表明，从激光尾场加速（LWFA）制度的等离子体尾场加速（PWFA）制度的过渡可以驱动电子接近GeV的水平的能量。最初，加速机制主要是由激光在LWFA的非线性机制中产生的气泡，导致大量电子的注入。在传播超过耗尽长度后，导致激光脉冲的耗尽，其横向有质动力不再能够维持气泡，在气泡内传播的高能密集电子束将通过PWFA区域驱动其自身的尾场。这个尾场将能够在第二阶段捕获和加速电子到GeV水平。三维（3D）粒子在细胞（PIC）模拟支持这一分析，并确认的情况。
2014-08-06 hep-ex physics.plasm-ph
Modelling Chromatic Emittance Growth in Staged Plasma Wakefield Acceleration to 1 TeV using Nonlinear Transfer Matrices
为TeV等离子体尾场加速器的分级，开发了一个将传输矩阵与粒子模拟相结合的框架。使用归一化能量扩展$\sqrt{\langleδγ^2\rangle}$中最高达九阶的非线性传递矩阵，并导出根据非线性矩阵的色发射度增长的紧凑表达式，利用三维粒子网格框架OSIRIS 4.0模拟的等离子体尾流场加速级，在85个米级等离子体级中模拟了电子束从10 GeV到1 TeV的加速。具有长密度斜坡的长度，并通过简单的聚焦透镜连接。在这个计算中，我们发现，对于初始的相对能量散布低于$10^{-3}$，能量散布增长低于$10^{-5}$的每级能量增益和归一化发射度低于毫米mrad，色发射度增长可以是最小的。这里开发的技术可能是有用的等离子体对撞机的设计，并可能扩展到包括非线性尾流结构，并包括其他自由度，如轻子自旋。
2021-09-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Mapping charge capture and acceleration in a plasma wakefield of a proton bunch using variable emittance electron beam injection
在AWAKE第一次实验运行的第二阶段（2018年5月至11月）中，使用电子束探测和测试铷等离子体柱中的质子驱动尾场加速。在这项工作中，我们分析了整体的电荷捕获和拍摄到拍摄的再现性质子驱动等离子体尾场加速器与各种电子束注入参数。见证电子束的产生使用的RF枪配备了Cs2Te光阴极照射的可剪裁的超快深紫外（UV）激光脉冲。UV束光学系统的构造使得能够适当的横向束成形和控制其脉冲持续时间、大小和在光阴极上的位置，以及相对于在质子束中播种等离子体尾场的电离激光脉冲的时间延迟。可变光电阴极照明提供了所需的灵活性，以产生具有可变电荷、发射度和注入等离子体柱的轨迹的电子聚束。我们证明了电荷捕获率超过15%（40 pC的GeV加速电荷为385 pC注入电子束）在优化的电子注入条件下。
2022-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-charge 10 GeV electron acceleration in a 10 cm nanoparticle-assisted hybrid wakefield accelerator
该研究通过纳米颗粒辅助的激光与粒子驱动混合尾场机制，在10厘米装置中实现340 pC、约10.4 GeV电子加速，为紧凑型高电荷量高能加速器提供新路径。
2023-08-18 physics.acc-ph 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
Characterisation of Laser Wakefield Acceleration Efficiency with Octave Spanning Near-IR Spectrum Measurements
我们报告的实验测量能量转移效率的GeV级激光尾场加速器。通过同时测量激光光子的减速和电子的加速随等离子体长度的变化，诊断了从激光到等离子体尾场的能量转移，以及从等离子体到加速电子束的能量转移。通过调节等离子体密度和长度，提取效率在$19\pm3$ \%处最大化，提取效率定义为电子束获得的能量与自导激光模式损失的能量的比率。由倍频程跨越激光光谱测量提供的额外信息允许独立优化等离子体效率项，这是提高激光尾场加速器的整体效率的关键目标所需的。
2022-12-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Tunable X-ray source by Thomson scattering during laser-wakefield acceleration
我们报告的结果，全光汤姆逊散射拦截加速过程中的激光尾场加速器。我们表明，脉冲碰撞位置可以检测到使用横向阴影，这也有利于对齐。随着电子束能量在加速器内的演化，发射的光谱随着散射位置而改变。这样的配置可以用作加速器诊断以及可靠的设置，以生成具有可调能量的X射线。
2019-05-16 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
First Electron Acceleration in a Tunable-Velocity Laser Wakefield
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本研究首次实验验证了飞行焦点诱波场在加速电子至相对论能量中的可行性，并通过调制诱波传播速度来控制电子能量。
2025-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Leaky surface plasmon-based wakefield acceleration in nanostructured carbon nanotubes
本文通过数值模拟提出利用碳纳米管中表面等离激元泄漏场产生TV/m级尾场，可高效加速电子与正电子，并验证了边缘注入与自注入两种机制的可行性，为超紧凑固态等离子体加速器提供了新路径。
2025-03-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Exploring ultra-high-intensity wakefields in carbon nanotube arrays: an effective plasma-density approach
近年来，使用固态纳米结构的带电粒子加速作为在TV/m域中实现超高梯度加速的方法引起了人们的注意。更具体地说，金属中空纳米结构可以适用于通过激光或高强度带电粒子束在高密度固态等离子体中激发尾场来加速粒子。例如，由于其特殊的通道特性以及光电和热机械特性，碳纳米管可能是用于此目的的优异介质。本文研究了使用碳纳米管阵列产生超高梯度加速度的可行性，在二维轴对称准3D几何形状中进行的常规粒子模拟中，将碳纳米管阵列建模为固态等离子体。详细讨论了不同固体结构参数对束流驱动等离子体尾场的影响。此外，通过采用一种有效的等离子体密度的方法，现有的解析表达式，最初推导出均匀等离子体，可以用来描述尾场驱动周期性非均匀等离子体。
2023-03-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma lens-based beam extraction and removal system for Plasma Wakefield Acceleration experiments
等离子体尾场加速是最有前途的技术之一，能够克服传统RF技术的限制，并使小型加速器的发展成为可能。相对于激光驱动方案，光束驱动方案不受衍射和失相问题的限制，因此它允许实现更大的加速长度。相反，最突出的缺点之一发生在加速过程结束时，并且包括去除耗尽的高电荷驱动器，同时保留加速见证聚束的主要特征（发射度和峰值电流）。在这里，我们提出了一个理论研究，证明通过使用一个创新的系统组成的阵列的光束准直器和放电毛细管作为活性等离子体透镜，以达到这些目标的可能性。这样的系统允许提取和运输加速的和高度发散的证据束，并且同时提供驱动器的移除。该研究是由一组不同的光束配置进行的数值模拟完成。还研究了粒子与准直器相互作用的物理过程。
2019-09-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Magnetizing nonlinear plasma wakefields for positron acceleration
National Taiwan University（国立台湾大学）；Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Heinrich Heine University（杜塞尔多夫大学）
该研究通过三维模拟，利用磁化条件匹配回旋与等离子体频率形成稳定电子柱，扩大正电子加速的合适相空间，使正电子束获能 100-150 MeV，捕获率达 92%。
2026-10-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultra-high-gain water-window X-ray laser driven by plasma photocathode wakefield acceleration
基于等离子体尾场加速器产生的超亮电子束，通过端到端模拟实现水窗波段紧凑、稳健且可调谐的X射线激光，利用等离子体光阴极释放超低发射度束流，调节电荷平衡空间电荷力以降低能散，实现超高增益、波长可调、飞秒级光子脉冲，产生毫焦至吉瓦级激光脉冲，推动相干软X射线辐射普及。
2025-07-08 physics.acc-ph 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
Electromagnetic radiation from a laser wakefield accelerator
基于Lienard-Wiechert势计算了激光尾场加速器的相干和非相干电磁辐射。研究发现，在波长大于束团长度时，辐射是相干的。相干辐射通常位于红外范围内，显示出揭示加速过程的细节和电子聚束的特性的特征，例如其持续时间、电荷、能量和相对于尾场轴的偏移。光谱的非相干范围延伸到X射线频率范围，由相当宽的峰组成，这是由加速度引起的。
2008-05-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration and focusing of positron bunch in a dielectric waveguide accelerator with homogeneous plasma in transport channel
本文给出了等离子体介质尾场加速器中正电子束团聚焦的数值PIC模拟结果。尾场由驱动电子聚束在石英介质管中激发，并嵌入圆柱形金属波导中。介质管的内部区域已经填充有径向均匀的等离子体，在一般情况下具有沿波导轴的真空通道。数值模拟结果表明，在尾流场中，正电子束团的加速和聚焦是可能的。研究了正电子束团的输运和加速与真空通道尺寸和波导长度的关系。
2021-12-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Synergistic Laser Wakefield/Direct Laser Acceleration in the Plasma Bubble Regime
提出了激光尾流场/直接激光等离子体混合加速器的概念。在激光脉冲产生的等离子体泡内经历共振电子感应加速器振荡的相对论电子通过直接从激光脉冲及其等离子体尾流获得能量而被加速。自注入等离子体电子的所得分叉相空间包含经历超过标准一维极限的尾流场加速的群体，这是因为其运动的多维性质减少了电子与尾流之间的相位滑移。
2014-12-22 physics.plasm-ph
Research progress on advanced positron acceleration
本文综述了先进正电子加速方案的研究进展，重点分析粒子束驱动、激光驱动、辐射加速和空心等离子体通道等方法的优缺点，并展望未来发展方向。
2024-01-11 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
Spectrum bandwidth narrowing of Thomson scattering X-rays with energy chirped electron beams from laser wakefield acceleration
研究了超短激光脉冲与激光尾流场加速电子束之间的非相干汤姆逊散射。研究了加速电子束的能量啁啾对最终辐射谱带宽的影响。研究发现，当电子被加速到退相点附近时，散射X射线辐射具有最小的谱宽和最高的强度。此外，还提出利用$90^\circ$汤姆逊散射研究尾流场中电子的加速过程。从散射光的强度和带宽可以推导出退相位置和光束能量啁啾。
2013-12-21 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Enhancement of electron energy to multi-GeV regime by a dual-stage laser-wakefield accelerator pumped by petawatt laser pulses
激光尾流场加速提供了一个紧凑的电子加速器的承诺，用于产生多GeV的电子束使用由强激光脉冲引起的巨大的场梯度，相比于传统的射频加速器。然而，来自激光尾场加速器的电子束的能量和质量受到驱动激光脉冲的功率和靶介质中的相互作用性质的限制。近年来，随着激光技术的发展，人们已经实现了拍瓦级飞秒激光器，这为激光尾波场加速的研究提供了新的可能性。在这里，我们提出了一个显着增加激光驱动的电子能量的多GeV的水平，利用30 fs，1 PW激光系统。特别是，一个双阶段的激光尾场加速计划（注入器和加速器计划）被施加到提升电子能量超过3 GeV与一个单一的PW激光脉冲。三维粒子模拟证实了PW激光脉冲驱动的双级激光尾场加速器产生的多GeV电子。
2013-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Invertible Surrogate Models: Joint surrogate modelling and reconstruction of Laser-Wakefield Acceleration by invertible neural networks
Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf（亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫研究中心）；CASUS - Center for Advanced Systems Understanding（先进系统理解中心）
可逆神经网络是机器学习中的一种新技术，有前途的神经网络架构可以在正向和反向模式下运行。在本文中，我们将介绍可逆代理模型，近似复杂的前向模拟的物理参与激光等离子体加速器：iLWFA。代理模型的双射设计还提供了用于重建实验获得的诊断的所有手段。我们的可逆激光尾流场加速网络的质量将在大量的数值LWFA模拟上得到验证。
2021-06-01 cs.LG physics.acc-ph physics.plasm-ph
Axionic suppression of plasma wakefield acceleration
当代试图用基于等离子体的尾流场加速来解释超高能宇宙射线的存在，刻意避开了非标准模型粒子物理学。然而，这些建议利用了宇宙中一些最极端的环境，可以想象，标准模型之外的假设粒子对加速过程的有效性有重大影响。轴子解决了强CP问题，并为冷暗物质提供了最重要的候选者之一，它们在当前背景下的潜在意义不应被忽视。我们的分析的场方程描述的等离子体增强轴子揭示了一个戏剧性的轴子诱导抑制的能量所获得的测试粒子在尾场驱动的粒子束，或强烈的电磁辐射脉冲，在超相对论的速度在宇宙中最强的磁场内传播。
2016-07-30 hep-ph physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Wakefield Acceleration Driven by a Discrete Flying Focus
提出离散飞行焦点激光尾场加速方案，通过交错焦点和延迟的脉冲序列在单级中实现更高能量增益，模拟显示150焦耳能量可传递40吉电子伏特每电子给50皮库仑束流，减少级联需求。
2025-06-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
