Excitation of nonlinear two-dimensional wake waves in radially-nonuniform plasma
A. G. Khachatryan
结果表明，相对论性带电束团或激光脉冲在均匀等离子体中激发的二维非线性尾波的波前曲率可以通过平衡等离子体密度的径向变化来补偿。
It is shown that an undesirable curvature of the wave front of two-dimensional nonlinear wake wave excited in uniform plasma by a relativistic charged bunch or laser pulse may be compensated by radial change of the equilibrium plasma density.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
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。
Wakefield decay in a radially bounded plasma due to formation of electron halo
有一个新的影响，可以限制弱非线性尾流场在径向约束等离子体的寿命。如果驱动束较窄，部分等离子体电子脱离集体运动，径向离开等离子体，在其周围形成带负电荷的晕圈，这些电子在电荷分离场的作用下反复返回等离子体，与等离子体波相互作用并引起其阻尼。最低能量的晕电子更有效地从波中获取能量，因为它们的轨迹被等离子体波弯曲到最强加速的区域。为了正确计算模拟中的波阻尼，将模拟窗口的宽度取为等离子体的两倍是必要且足够的。
High brightness, symmetric electron bunch generation in a plasma wakefield accelerator via a radially-polarized plasma photocathode
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。
Radially Polarized, Half-Cycle, Attosecond Pulses from Laser Wakefields through Coherent Synchrotron Radiation
在准一维尾流场加速状态下，当激光束腰大于尾流波长时，驱动非线性相对论电子盘时，发现了相干类同步辐射的阿秒爆发。超临界密度的磁盘径向收缩，由于集中尾场，从而提供了横向电流的发射强度，径向极化，半周期脉冲的持续时间约为100阿秒。电磁脉冲首先聚焦到比驱动脉冲大10倍的峰值强度（$7\times10^{20}\rm W/cm^2$），然后作为锥形束出现。饱和的发射振幅推导出解析和协议的粒子在细胞中的模拟。通过使用气体靶而不是固体来形成盘片，新方案允许应用所需的高重复率。
Wakefield generation and electron acceleration via propagation of radially polarized laser pulses in homogeneous plasma
本文通过解析和FBPIC模拟，研究了径向偏振激光脉冲在均匀等离子体中产生尾波场并加速电子，相比线偏振脉冲，尾波场幅度和电子能量增益显著提高。
Flat bubble regime and laminar plasma flow in a plasma wake field accelerator
建立了等离子体尾场加速器中气泡形成的二维模型。它示出的情况下，在一个平坦的驱动程序的气泡可以由两个部分，对应于两种不同类型的等离子体流：一个层流等离子体电子流不交叉和两个流（湍流）流。层流对对称性破缺具有鲁棒性。建立的模型，我们表明，在层流和非相对论性等离子体电子的情况下，横向尾流场是不存在的气泡内，即使在横向非均匀等离子体的情况下。
Non-linear Ion-wake Excitation by Ultra-relativistic Electron Wakefields
本文模拟了超相对论电子泡尾流训练对非线性离子尾流的激发。离子尾流被示出为圆柱形离子孤子形式的受驱动的非线性离子声波[11]-[14]。缓慢传播的[21]电子泡的振荡径向电场的相位在时间上是不对称的，并且激励径向的时间平均惯性离子运动。气泡后部的电子压缩将离子吸入，气泡腔内的空间电荷将它们排出，从而驱动具有轴上和气泡边缘密度尖峰的圆柱形离子孤子结构[5][6]。一旦形成，通道边缘密度尖峰被尾流能量的热压径向向外驱动[12]。由于传播的离子孤子留下的平坦残留物，其通道状结构与驱动气泡的能量源无关[3][4]电子尾流。我们探索了使用圆柱形离子孤子形成的部分填充通道来实现正电子加速的新机制[18]。OSIRIS PIC [25]模拟用于研究离子尾流孤子结构，其驱动传播及其用于正电子加速。
Non-linear Ion-Wake Excitation by the Time-Asymmetric Electron Wakefields of Intense Energy Sources with applications to the Crunch-in regime
利用解析理论和基于粒子的计算解，建立了一个在非线性时间非对称区域中由等离子体电子振荡训练产生的非线性离子尾流模式的激发模型。所示的离子尾流是一个驱动的非线性离子声波的圆柱形离子孤子的形式。本文研究了近空、径向向外传播的离子尾流通道在正电子加速“Crunch-in”区的应用。从电子尾场模式到离子模式的耦合决定了等离子体的长期演化及其弛豫回到平衡的时间，限制了等离子体加速器的重复率。使用一个分析模型，它表明，它是时间不对称的相位的振荡径向电场的近静止的电子泡，激发时间平均的惯性离子运动径向。气泡背面的电子压缩将离子吸入，而气泡腔内的空间电荷将离子排出，从而驱动具有轴上和气泡边缘密度尖峰的圆柱形离子孤子结构。一旦形成，通道边缘密度尖峰在等离子体的长度上持续，并由电子中的尾流能量的热压径向向外驱动。它的通道状结构与驱动气泡电子尾流的能量源、电磁波或粒子束无关。用Particle-In-Cell模拟方法研究了离子尾流孤子的结构、其驱动传播以及在“Crunch-in”机制中对正电子加速的作用。
Single-cycle THz signal accompanying laser wake in photoionized plasmas and plasma channels
飞秒太瓦激光脉冲的光电离在中性环境气体中产生等离子体柱。在激光有质动力的作用下，电子的速度与柱边界处的径向密度梯度耦合，产生一个方位极化的太赫兹旋转电流（RC）。同样的机制产生的低频RC在泄漏等离子体通道。向通道施加外部电压会感应出径向不均匀的电子流（直流电）和恒定的方位角极化磁场。将它们与电子密度扰动耦合，会给RC增加两项。等离子体柱中的表面RC支持伴随尾流的宽带倏逝太赫兹信号。在离圆柱几毫米远的地方，高频成分的快速消失将这个太赫兹信号变成了径向极化的单周期脉冲。
Breaking symmetry in propagation of radially and azimuthally polarized high power laser pulses in underdense plasma
通过三维粒子模拟和忽略Kerr非线性效应，证明了相对论强度的方位或径向偏振激光脉冲（RPP）在欠密等离子体中的传播是不稳定的。在横向均匀等离子体中，RPP发生强脉冲调制，其增量为$Γ$，接近于众所周知的依赖于加速度$α$和调制密度梯度长度$L$的增量为$Γ\approx (α/L)^{1/2}$。在深等离子体通道中，不稳定性消失了。研究了激光尾流对电子自注入和加速的影响。
Optimal positron-beam excited plasma wakefields in Hollow and Ion-Wake channels
与等离子体电子相互作用的正电子束驱动径向吸入，与过密区域中的电子束驱动吹出相反，$n_b>n_0$。在均匀等离子体中，电子从所有不同的半径径向吸入。从不同半径坍缩的电子不会同时压缩轴上驱动弱场。空心沟道允许电子从其沟道半径同时崩溃激发相干场。分析了最佳信道半径。此外，中空中的低离子密度允许具有聚焦相位的更大区域，我们显示其为线性聚焦。我们已经表明，形成一个离子尾流通道后面的吹灭电子泡尾流。在这里，我们探讨正电子加速过密制度比较一个最佳的空心等离子体通道的离子尾流通道。并对最佳空心流道半径的条件进行了比较。我们还讨论了非理想离子尾流通道对正电子束激发场的影响。
Dissipation of electron-beam-driven plasma wakes
米级等离子体尾场加速器已经使单个纳米库仑电子束获得了接近10千兆电子伏的能量增益。然而，为了达到有用的平均电流，驱动器沉积到尾流中的巨大能量密度必须在发射之间有效地去除。然而，尾迹将其能量耗散到周围等离子体中的机制仍然知之甚少。在这里，我们报告ps-时间分辨，掠射角光学阴影测量和大规模的粒子在细胞模拟的离子通道出现从破碎的唤醒，从SLAC直线加速器产生的电子束在稀薄的锂等离子体。测量结果显示，通道边界以每秒100万米的速度径向膨胀超过1纳秒。模拟显示，原始尾流向外推进的离子和电子携带了90%的能量，通过撞击电离周围的中性锂来驱动这种膨胀。这些结果为理解多GeV等离子体加速器的全局热力学提供了基础，这些热力学是其用于要求高平均束流的应用的可行性的基础。
Excitation of Giant Surface Waves During Laser Wake Field Acceleration
本研究发现等离子体波导激光尾场加速过程中会激发巨型Sommerfeld表面波，多MeV电子因非线性波破径向射出并与之相干共传播，20 J激光脉冲可激发1 J、400 GW、峰值电场35 GV/m的宽带THz表面波。
Ion dynamics driven by a strongly nonlinear plasma wake
在等离子体尾场加速器中，等离子体中激发的波最终会破碎，并留下缓慢变化的场和电流，这些场和电流会扰动离子密度背景。我们研究这个过程中使用的FACET实验中的波是由一个径向约束等离子体中的气泡制度的电子束团激发的例子数值。四种物理效应构成离子动力学的基础：（1）驱动器和波的场将离子向轴吸引，导致密度峰的形成，（2）随着密度峰的衰减产生离子声孤子，（3）波破碎后正等离子体充电，导致一些离子在径向方向上加速，以及（4）由在波破碎期间产生的电流引起的等离子体箍缩。这些效应的相互作用导致形成各种径向密度分布，这是难以以任何其他方式产生的
Density and potential wake past an insulating obstacle in a partially magnetized flowing plasma
本文研究了圆柱形腔体中热阴极灯丝产生的部分磁化等离子体流中绝缘圆盘障碍物周围等离子体势和密度的径向特性。在没有障碍物的情况下，观察到中央尖锐的最小值的潜力和最大值的等离子体密度;然而，当一个宏观的障碍物被引入等离子体流，一个清晰的径向偏离中心的最小值的等离子体电位被观察到具有等离子体密度峰值附近的障碍物的边缘。障碍物周围的电势深度取决于轴向磁场强度。等离子体流中的这种偏心径向电势分布引起离子在障碍物边缘周围的聚焦。实验发现，正离子的漂移速度与磁场强度和轴向正离子流速度直接相关。基于短路效应的唯象模型被用来解释尾流区等离子体的密度和电势。
Positron acceleration by plasma wake fields driven by a hollow electron beam
研究了利用空心或圆环形电子驱动束产生正电子尾流场的方案。环形的无电子区域围绕中空驱动器束形成，从而产生用于正电子加速的有利区域（纵向场加速，横向场聚焦并且径向线性）。10 GV/m的数量级的加速梯度产生的空心电子束驱动器与FACET一样的参数。峰值加速场随着束驱动器中的总电荷线性增加，而有利区域（$\sim$一个等离子体波长）的轴向尺寸保持近似固定。径向尺寸随着总电荷而下降，但仍然足够大以放置见证正电子束。我们模拟了一个有效的加速23 GeV的正电子束到35.4 GeV的最大能量扩展为0.4%，非常小的发射度超过140厘米的等离子体长度。
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。
A non-linear theory for the bubble regime of plasma wake fields in tailored plasma channels
我们介绍了第一个完整的解析气泡和吹出模型的径向非均匀等离子体在准静态近似。对于这两种情况，我们计算了加速场和聚焦场。在我们的模型中，我们还假设了一个薄的电子层，周围的尾场和计算的字段配置内。我们的理论适用于任意的径向密度分布，并减少到已知的模型中的均匀等离子体的限制。根据先前对具有用于气泡状态中的激光驱动电子加速的平滑边界的中空等离子体通道的研究，我们知道煎饼状激光脉冲导致最高的电子能量[Pukhov等人，PRL 113，245003（2014）]。如图所示，气泡场可以通过改变深通道内的等离子体密度分布来调节，以平衡激光耗尽和退相长度。现在我们来说明为什么通道真空部分的径向场会散焦。
扫码添加微信好友，提出您的宝贵建议 👇
💡 备注请填写：网站反馈
发表机构由 AI 从论文文本抽取，如发现错误，欢迎反馈修正建议。