Longitudinal Schottky spectra of a bunched Ne10+ ion beam at the CSRe
在IMP实验冷却储存环（CSRe）上安装了一个新安装的谐振肖特基拾波器，研究了70 MeV/u的射频（RF）聚束和电子冷却的22 Ne 10+离子束的纵向肖特基谱。对于RF聚束离子束，当储存离子数小于107时，纵向动量扩展已达到。从聚束离子束的肖特基噪声信号中观察到，与惯性离子束相比，动量扩展减小。为了准备未来的激光冷却实验在CSRe，RF聚束功率调制在25，50和75次谐波的旋转频率，有效聚束幅度提取从肖特基光谱分析。介绍了肖特基噪声在超低束流强度下测量束流寿命中的应用，这与CSRe即将开展的相对论重离子束激光冷却和核物理实验有关。
2013-05-22 physics.acc-ph
Superradiant and stimulated-superradiant emission of bunched electron beams
我们概述了从聚束带电粒子束的基本相干辐射发射过程。与来自与粒子数量成比例的随机电子束的辐射的自发发射相反，预聚束电子束可以通过（自发）超辐射（SP-SR）过程（在Dicke的意义上）发射与粒子数量平方成比例的自发相干辐射。在种子注入辐射场的作用下，受激超辐射（ST-SR）过程可以进一步增强聚束电子束的SP-SR相干发射。在本文中，这些相干辐射发射过程的单聚束和周期性聚束光束被认为是在辐射模式扩展模型。将相干自发发射的一般模型推广到非线性区域，特别是波荡器（摇摆器）相互作用：锥形增强受激超辐射放大（TESSA）。在锥形摆动器种子注入自由电子激光器中发生了SP-SR和TESSA过程。在这样的自由电子激光器中，在X射线区域中操作，这些过程与其他效应相交织。然而，这些基本的发射概念是有用的指导方针的策略，wiggler锥形效率和功率增强。在此基础上，回顾了基于SP-SR（相干波荡器辐射、同步辐射、Smith-Purcell辐射等）的相干辐射源的理论和实验，在太赫兹制度和正在进行的工作，在所有的光学频率制度，直到X射线的锥形摇摆器效率增强的概念。
2019-04-23 physics.acc-ph
Modeling Longitudinal Oscillations of Bunched Beams in Synchrotrons
几十年来，加速器物理学家一直在分析同步加速器中聚束的纵向振荡，并且封闭理论是众所周知的[1]。第一振荡模式是相干偶极模式、四极模式和六极模式。当然，这些振荡模式包括在一般理论中，但对于开发RF控制系统，使用简化模型是有用的。为此，本文对几种具体的模型进行了分析.他们是有用的闭环控制系统的设计，以达到最佳性能方面的阻尼不同的振荡模式。这是由一个特定的闭环控制系统的测量和仿真结果的比较。
2010-11-17 physics.acc-ph
On Compensating Tune Spread Induced by Space Charge in Bunched Beams
空间电荷效应在现代加速器中起着重要作用。这些效应经常限制加速器或加速器链中可获得的束流参数。它们也可以限制强子对撞机在低能量或亚TeV高亮度强子束下运行的亮度。人们提出了一些补偿惯性（如连续）强子束中空间电荷效应的方案，其中一些方案已经过检验。但是这些方法都没有解决束团强子束的调谐扩展补偿问题，例如束团内部的纵向位置对调谐偏移的依赖性。在本文中，我们提出并评估了一种新的想法，使用一个共同传播的电子束团与失配的纵向速度来补偿空间电荷引起的调谐偏移和调谐扩展。我们提出了这种系统的一些实际例子。
2014-05-09 physics.acc-ph
Time domain analysis of bunched e-beam tapering-enhanced superradiance at zero-slippage conditions
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Ariel University（阿里埃勒大学）
研究在TES方案中，通过波导慢群速度模式避免辐射波包滑移，利用锥度化波荡器提取束团辐射能量，分析电场时域波形和辐射能量积累，并与理想矩形波导和平面波荡器下的解析理论和数值模拟进行比较。
2026-07-09 physics.acc-ph
Spill ripple mitigation by bunched beam extraction with high frequency synchrotron motion
聚束束的缓慢提取被广泛用于减轻由于加速器磁体电源在提取的束上的波纹（也称为溢出）而形成的微结构。这尤其有助于使用慢速探测器或低提取率的实验。此外，该技术被广泛用于避免在电离室中测量的溢出物中的长间隙，这又会触发联锁。另一方面，聚束在由射频频率定义的时间尺度上产生溢出结构。此外，宏观溢出结构的持续时间高达几百毫秒，可以创建一个足够大的同步加速器调谐的同步运动。本报告的目的是研究同步调谐的影响所确定的振幅和谐波数的射频电压，另外取决于横向发射度和纵向聚束面积的循环光束以及粒子的渡越时间的分布。
2022-03-08 physics.acc-ph
Coherent transverse instability of bunched beams in circular accelerators
研究了环形加速器中束团的相干横向振荡。使用了三种不同的聚束模型：方形势阱中的空心聚束、抛物形势阱中的方形聚束和抛物形势阱中的抛物形聚束。在所有的情况下，聚束空间电荷场，尾波场，和色度考虑。研究了聚束本征模和各种不稳定性。通过对结果的比较和分析，确定了模型的适用范围。朗道阻尼的作用，由于SC场的纵向坐标上的依赖进行了讨论。
2020-11-30 physics.acc-ph
Longitudinal Modes of Bunched Beams with Weak Space Charge
通过将线性化的Vlasov方程简化为无参数的积分方程，解析地描述了具有排斥性电感阻抗（过渡区下方的空间电荷或过渡区上方的腔室电感）的聚束的纵向集体模。对于任何多极，频谱的离散部分被发现是由无限多个模式的实调谐，其极限点是非相干零振幅频率。换句话说，尽管RF桶非线性和势阱失真，朗道阻尼丢失。因此，即使是一个微小的耦合束相互作用使光束不稳定，这样的增长率为所有模式的任意多极解析获得。然而，在实践中，这种朗道阻尼损失的有限阈值由高频阻抗滚降或束内散射来设置。在阈值以上，领导集体模式的增长将导致持续的非线性振荡。
2021-05-13 physics.acc-ph
Micro-bunching for generating tunable narrow-band THz radiation at the FAST photoinjector
本文介绍了费米实验室FAST（Fermilab Accelerator Science and Technology）电子注入器中使用狭缝掩模产生的微聚束电子束发射的THz辐射谱。我们的目的是在传统的光注入器中用一个简单的方案产生可调谐的窄带太赫兹辐射。在弯道处使用狭缝掩模，通过在具有水平色散的位置处横向切割能量啁啾的电子聚束，在弯道后产生纵向微聚束。本文讨论了微聚束结构、束流光学、微聚束的模拟结果和聚束因子的相关理论。计算并比较了相干跃迁辐射和摇摆器两种辐射源在太赫兹频率下的辐射能量。我们还讨论了一个简单的方法来观察微聚束上的横向屏幕监视器使用的斜四极放置在弯道的结果。
2018-11-12 physics.acc-ph
Convective Instabilities of Bunched Beams with Space Charge
对于单个强子束团在圆形加速器中，在零色度，没有多圈尾流，没有电子云和其他光束，只有一个横向集体不稳定性是可能的，模式耦合不稳定性，或TMCI。对于足够强的空间电荷（SC），尾流驱动的相干调谐偏移的不稳定性阈值通常随SC调谐偏移线性增加，如几位作者使用不同方法独立得出的结论。然而，这个稳定性条件有一个非常奇怪的功能：：在强SC下，它对粒子数完全不敏感。因此，如果它是正确的，那么具有足够强SC的这种光束在一定强度下是稳定的，将在更高的强度下保持稳定，而不管有多高!本文提出了一个解决这个难题的方案：虽然SC抑制TMCI，但它引入了头到尾对流放大，这可能使光束甚至比没有SC时更不稳定，即使所有的相干调谐都是真实的，即所有的模式在传统的{\it绝对}意义上都是稳定的。这是使用一个有效的新方法分析的光束的横向频谱任意空间电荷和尾场。介绍了两种新的束流不稳定性：{\it饱和对流不稳定性} SCI和{\it绝对对流不稳定性} ACI。
2019-04-07 physics.acc-ph
Simulation of longitudinal dynamics of laser-cooled and RF-bunched C$^{3+}$ ion beams at heavy ion storage ring CSRe
类锂重离子束的激光冷却正在实验冷却储存环（CSRe）上进行。最近，在CSRe进行了一项预备实验，以测试使用脉冲激光系统对相对论性$^{12}$ C $^{3+}$离子束进行激光冷却的重要先决条件。不幸的是，离子和脉冲激光之间的相互作用不能被检测到。为了研究激光冷却过程并为后续的激光冷却实验寻找最佳的冷却参数，采用多粒子跟踪方法模拟了CSRe中激光冷却离子束的详细纵向动力学过程.通过改变射频聚束器频率和连续波激光波长，对$^{12}$ C $^{3+}$离子束进行了激光冷却模拟。模拟结果表明，仅用一台连续激光器和射频聚束器就可以实现大动量扩散离子束的激光冷却，满足了激光冷却实验的要求。得到了射频聚束器频率或激光频率扫描的最佳参数。此外，估计的加热效应的激光冷却在CSRe。对纵向调制激光冷却离子束的肖特基噪声谱进行了数值模拟，充分解释和预测了实验结果。高灵敏度的谐振肖特基拾波器的肖特基谱和本文开发的模拟方法相结合，将有助于研究在CSRe即将进行的激光冷却实验中的RF聚束和超冷离子束的纵向动力学。
2017-04-06 physics.acc-ph
Self-Synchronized Terahertz and X-Ray Free-Electron Lasers from a Single Pre-Bunched Electron Beam
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（上海高等研究院，中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
该研究提出从单预群聚电子束产生本征同步的强场窄带太赫兹与X射线自由电子激光的方案，解决了现有装置的系统复杂度高、时间抖动等问题，为两类泵浦-探测实验提供了可靠平台。
2026-08-18 physics.acc-ph
Thermal and electromechanical response of ultra-thin carbon-strip polarimeter targets in relativistic bunched beams
Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室）
针对相对论性束团束中超薄碳条极化计靶，开发了耦合束-靶重叠、二次电子逃逸、瞬态热传输和RF感应端加热等机制的热机电响应模型，揭示靶生存由束中心加热和端部电磁边界条件共同决定，并评估了其在RHIC和EIC质子及³He运行中的可行性。
2026-06-27 nucl-ex physics.acc-ph
Ultra-compact attosecond X-ray free-electron lasers utilizing unique beams from plasma-based acceleration and an optical undulator
基于加速器的X射线自由电子激光（XFEL）是21世纪革命性发现工具的最新成员。XFEL的两个主要组成部分是加速器产生的电子束和磁波荡器，它们往往是更大规模的长和昂贵的。在这里，我们提出了一个超紧凑的计划，以产生10秒的阿秒X射线脉冲与几个GW的峰值功率利用一个新的方面的自由电子激光不稳定性使用高度啁啾，预聚束和超亮电子束从基于等离子体的加速器与光学波荡器相互作用。电子从高啁啾和预聚束的组合中的自选择导致阿秒X射线脉冲的稳定产生。此外，通过调整电子束的能量分布，可以产生具有亚飞秒间隔的双色阿秒脉冲，使得多个FEL共振发生在束内的不同位置处。这种可调谐的相干阿秒X射线源可能会开辟一个新的阿秒科学领域，使X射线阿秒泵浦/探测技术成为可能。
2023-02-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal rms emittance preservation during adiabatic capture for Gaussian beams
本文分析了重离子聚束过程中发射度的保持问题。分析的目的是找出滑行光束的发射度均方根值与所产生的聚束的发射度均方根值之间的相关性。利用理论分析和粒子跟踪模拟研究了高斯惯性光束在同步加速器中的束流发射度。对聚束过程前后发射度的关系给出了新的结果。发现可以确定一个常数因子来描述这种关系。该因子可用于避免耗时的模拟。如果在聚束过程之前已知均方根发射度，则可以在之后计算聚束束的均方根发射度。这也使得确定特定填充比所需的铲斗面积成为可能。
2019-11-13 physics.acc-ph
Comparison of coherent Smith-Purcell radiation generated by 6.1 MeV electron beam in metal and dielectric lamellar gratings
从理论和实验上比较了聚束电子束在金属和介质薄片光栅中产生毫米波段的相干Smith-Purcell辐射。为了进行理论估算，提出了一种既适用于介质光栅又适用于金属光栅的简单模型。使用提取的聚束6.1兆电子伏的电子束在核物理研究所（托木斯克理工大学）的电子回旋加速器进行了实验比较。理论估算和实验数据都表明了金属光栅和介质光栅的辐射特性的差异。在小于相干阈值的波长范围内，介质光栅的辐射具有非单调的峰值结构，且比金属光栅的辐射更强。这些差异对研究和开发亚太赫兹和太赫兹波段的新型紧凑型单色辐射源具有重要意义。
2010-05-16 physics.acc-ph
Generating 10 GW-class isolated zeptosecond x-ray bursts through bootstrapping two plasma-based accelerator stages
提出利用LWFA电子束驱动具有密度调制下降斜坡的PWFA级，产生极高密度和亮度的预聚束电子束，进而与光学波荡器对撞产生10 GW级孤立仄秒X射线脉冲，为核物理和量子电动力学提供探针。
2025-09-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Characterization and minimization of the half-integer stop band with space charge in a hadron synchrotron
在任何强子同步加速器中，半整数共振是限制可达到的最大光束强度的最强效应之一。GSI目前正在建造的重离子超导同步加速器SIS100应该为未来的FAIR实验提供强束流。以SIS100为例，本文提出了一个定量的框架来表征半整数阻带的现实，高斯分布聚束。这项研究确定了调谐区域的梯度误差引起的半整数谐振不同的空间电荷强度的影响。我们分析的一个关键见解是，对于聚束光束，相对较小的梯度误差可以导致大的半整数阻带宽度。因此，可实现的最大聚束强度（通常称为空间电荷极限）显著降低。这与基于更简化的光束分布的文献中现有研究的结果形成对比。差异的原因是确定在高斯分布时，空间电荷变得更强，出现在较长的时间尺度上的同步加速器相关的阻带宽度增加。同步加速器运动的作用，在提供连续的发射度增长的一堆仔细检查。为了使聚束束的半整数阻带最小化，从而增加空间电荷限制，应用晶格校正：在优化过程中包括空间电荷恢复相当于常规晶格校正的结果。因此，我们发现，传统的校正工具是非常适合于提高梯度误差引起的空间电荷限制的同步加速器。
2022-06-15 physics.acc-ph
Nano-scale electron bunching in laser-triggered ionization injection in plasma accelerators
电离注入是利用等离子体尾场加速产生高质量电子束的一种可控注入方案。由于相位相关的隧道电离率和非线性尾流内的捕获动力学，尾流内电子的离散注入被非线性地映射到电子被捕获的位置处的束的离散最终相空间结构。这种现象进行了理论分析和检查的三维粒子在细胞模拟表明，三维效应限制调制的波数之间的$> 2k_0$和约$5k_0$，其中$k_0$是注入激光的波数。这样的纳米尺度聚束束可以在其从等离子体离开时通过相干跃迁辐射来诊断，并且可以在通过谐振波荡器时用于生成高功率紫外辐射。
2015-10-06 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
Terawatt attosecond X-ray source driven by a plasma accelerator
等离子体加速器可以产生超高亮度电子束，这为具有传统加速器技术无法实现的较小物理占地面积和特性的光源打开了大门。本文研究了等离子体尾场加速器（PWFA）产生的电子束可以产生峰值功率为TW、持续时间为几十阿秒的几个周期的相干可调谐软X射线脉冲，其功率、持续时间和稳定性都比现有的X射线自由电子激光（XFEL）高一个数量级。这样的光源将大大提高在超快时间尺度上实验研究电子动力学的能力，对多个科学领域产生广泛的影响。不同于在典型的XFEL中从噪声开始，在这种方法中的X射线发射由来自阿秒持续时间的预聚束的近兆安培（MA）电流电子束的相干辐射驱动。这放宽了迄今为止阻碍将等离子体加速器用作相干X射线驱动器的进展的限制性容限，为先进的加速器光源应用提供了新的范例。
2021-08-09 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
A Review of Beam-Driven Plasma Wakefield Experiments
在过去的几十年里，束流驱动等离子体尾流场加速（PWFA）实验取得了显著的进展，利用高能粒子束（如电子、正电子和质子束）驱动中性气体或预电离等离子体中的尾流。本文介绍了近年来国际上的几个实验，比较了实验参数和实验结果。
2018-08-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Funneling with the Two-Beam RFQ
新的高电流加速器设施，如建议用于HIDIF或ESS，需要具有高亮度的光束。这些光束不能由单程射频直线加速器产生。在这样的驱动器直线加速器中，亮度的增加是通过几个低能量的函数级来完成的，其中两个相同聚束的离子束被组合成具有两倍频率电流和亮度的单个束。我们的双束流漏斗实验是一个设置两个离子源，一个双束流漏斗，漏斗偏转器和束诊断设备，以证明离子束的漏斗作为模型的第一个漏斗级的HIIF驱动器。最后介绍了实验的进展和模拟结果。
2000-08-14 physics.acc-ph
Smith-Purcell radiation driven by plasma accelerated beam
史密斯-珀塞尔辐射作为一种很有前途的太赫兹辐射源，已经被研究了几十年。已经提出了各种结构设计和梁配置。本文报道了我们最近对等离子体尾场加速电子束驱动的Smith Purcell辐射的探索。
2018-08-06 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
Phase-Space Shaping due to Betatron Cooling in Wakefield Accelerators and the Onset of the Ion-Channel Laser
University of Oxford（牛津大学）
本研究针对高密度等离子体尾场加速器中电子感应辐射影响束流动力学的问题，发现电子感应冷却会引发束流相空间结构化，形成振荡振幅粒子数反转的环形结构，解析推导了特征时间尺度并经多维PIC模拟验证，为产生可触发相干电子感应辐射的自结构化束流提供了新机制。
2026-10-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Description of longitudinal space charge effects in beams and plasma through dielectric permittivity
我们开发了一个通用的框架，它允许快速解决的纵向空间电荷效应在圆柱形几何光束和等离子体中的广泛的一类问题。我们引入了带电粒子束的纵向介电常数，它描述了它的集体空间电荷响应。分析产生一个有效的等离子体频率，这取决于系统的横向几何形状。该介电常数反映了等离子体的介电常数，并且一旦光束的横向尺寸较大，则与一维（1D）表达式相匹配。几种粒子种类可以作为描述每种物质敏感性的附加项包括在内。所开发的方法允许研究稳定性标准的集体束束和束等离子体不稳定性的任意横向分布的粒子密度。
2021-02-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam dynamics challenges in linear colliders based on laser-plasma accelerators
在本文中，我们讨论了设计考虑和光束动力学的挑战与激光驱动的等离子体为基础的加速器应用于多TeV尺度的直线对撞机。等离子体加速器提供超高梯度和超短束团，为紧凑的直线加速器和降低的功率要求提供了潜力。我们表明，稳定，有效的加速与光束质量的保护是可能的，在非线性气泡制度的激光等离子体加速器，使用光束整形。离子运动，自然发生的密集束（即，低发射度和高能量）严重地抑制了横向束的不稳定性。库仑散射的背景离子被认为是在等离子体中的强聚焦强烈抑制散射引起的发射度的增长。束在等离子体中横向运动产生的β电子辐射将导致束功率损失和能量扩展增长;然而，对于100 nm以下的发射度，多TeV级等离子体直线加速器的束功率损失和能量扩展增长将低于%。
2022-03-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Physics of beam self-modulation in plasma wakefield accelerators
自调制不稳定性是目前质子束作为等离子体尾场加速驱动器的一个关键因素。数值研究了均匀等离子体和具有小密度上升阶跃的等离子体中束流不稳定性的发展。台阶参数提供了最强的建立尾场，并确定了稳定的聚束训练形成的机制。
2015-03-17 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
Trajectory crossing in low density plasmas due to interaction with a long ultrarelativistic beam of charged particles
由带电粒子的长束驱动的等离子体波的破裂导致电子射流从等离子体柱逃逸并形成电子晕。对于等离子体密度小于或束密度的顺序，这个过程是很好地描述了一个半解析模型，它同意模拟，并允许计算的位置的波破碎点，并确定周围的等离子体柱所占据的晕的区域。
2021-08-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron Beam Formation and its Effect in Novel Plasma-optical Device for Evaporation of Micro-droplets in Cathode ARC Plasma Coating
被认为是额外的能量泵入电弧等离子体流的自洽形成的径向定向束的高能电子蒸发的微液滴。径向束出现在圆柱形内表面附近的二次离子-电子发射在这个表面周围的电弧等离子体流离子轰击。在等离子体光学系统的圆柱形通道中，束流在径向电场和纵向磁场的交叉作用下，产生电势跃变加速。在微滴移动通过系统的时间期间，高能电子泵送足够用于微滴蒸发的能量。
2020-11-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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
Beam-driven, Plasma-based Particle Accelerators
本文简要介绍了束流驱动等离子体基粒子加速器--等离子体尾场加速器（PWFA）的一些特性。我们还提到了一些主要的成果，已经取得了自诞生的概念。我们尽可能集中精力研究高能粒子束。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Chromatic Dynamics of an Electron Beam in a Plasma Based Accelerator
本文对等离子体加速器中的见证光束的色动力学进行了理论研究。我们推导出单粒子运动的电子在离子柱内的非线性，井喷尾流包括绝热阻尼和绝热变化的等离子体密度。利用这一点，我们计算了电子束的束矩和发射度的演变。我们的模型可以处理近任意的纵向相空间分布。我们包括在光束中的能量变化的影响，不完美的尾流负载，初始横向偏移的光束，光束和等离子体之间的失配。我们使用我们的模型，推导出解析饱和长度的投影，纵向切片，和能量切片发射度在不同的光束加载条件下。此外，我们表明，质心振荡和光斑大小的切片之间的变化和变化强烈依赖于梁加载。接下来，我们将展示如何在一个完整的等离子体源的密度斜坡的光束演变，并显示沿斜坡的等离子体密度的积分确定对光束的影响。最后，我们推导出几个简单的比例律，显示如何设计一个等离子体为基础的注入器，以产生一个目标束的能量和能量扩散。
2021-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical Studies of Electron Acceleration Behind Self-Modulating Proton Beam in Plasma with a Density Gradient
目前在圆形加速器中可用的高能质子束携带足够的动量，可以将高强度的电子和正电子束加速到TeV的能量尺度，在几百米的等离子体中，密度约为1 e15 1/cm^3。然而，在这种密度下的等离子体波长比高能质子束的典型纵向尺寸短100-1000倍。因此，长质子束（~10 cm）在等离子体中的自调制不稳定性（SMI）应被用来创建微束团的训练，然后驱动等离子体尾流共振。改变等离子体密度分布提供了一种简单的方法来控制SMI的发展和粒子在此过程中的加速。我们提出了模拟的可能使用的等离子体密度梯度作为一种方式来控制电子束的加速在SMI的发展过程中的400 GeV的质子束在10米长的等离子体。本文的工作是在欧洲核子研究中心质子驱动等离子体尾场加速的原理验证实验AWAKE项目的背景下完成的。
2015-11-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of beam emittance on self-modulation of long beams in plasma wakefield accelerators
初始束流发射度决定了由于等离子体中的束流自调制而可以达到的最大尾场幅度。完全自调制束流激发的尾场随束流发射度的增大而线性减小。存在初始发射度的值，超过该值，即使由强种子扰动引发不稳定性，自调制也不会发展。的发射度尺度，其中尾流场是两次抑制相对于零发射度的情况下（所谓的临界发射度）是由无法约束束粒子径向的激发波，并通过一个简单的公式与束和等离子体参数。束流发射度的影响可以在几个讨论的自调制实验中观察到。
2015-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self consistent thermal wave model description of the transverse dynamics for relativistic charged particle beams in magnetoactive plasmas
利用热波模型，在长束流极限下，利用非局域NLS方程和维里方程，研究了强磁化等离子体与沿外磁场运动的相对论电子/正电子束之间的强自洽尾流场相互作用（横向效应）。在线性状态下，预测的旋涡特征在于非零轨道角动量（涡旋电荷）的拉盖尔-高斯光束。在非线性区，崩溃和稳定振荡的标准建立和薄等离子体透镜机制进行了研究，光束尺寸远大于等离子体波长。利用非局域非线性薛定谔方程的无像差解，预测了光束尺寸远小于等离子体波长时的压缩和自箍缩平衡。
2011-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High efficiency uniform positron beam loading in a hollow channel plasma wakefield accelerator
提出了一种新的正电子束流加载方式，在空心等离子体通道中实现了高梯度窄能散的$e^+$束流加速。在该区域中，$e^+$束与驱动$e^-$束在时间和空间上一致，并且它们的净电流分布确定等离子体尾场。三维粒子模拟结果表明，通过精确控制束流分布和加载相位，可以同时实现$\sim$ nC电荷的$e^+$束流加速，$\sim$ GV/m梯度、$\lesssim$ 0. 5%的诱导能量扩展和$\sim$ 50%的能量转移效率。此外，仅定制更可调谐的$e^-$束而不是$e^+$束的电流分布就足以获得这种有利的结果。本文提出了一种同时考虑空心等离子体通道中线性和非线性等离子体响应的理论分析方法，以量化束流加载效应。这一理论与模拟结果吻合得很好，并验证了这种梁加载制度在很宽的参数范围内的鲁棒性。
2021-11-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-Adaptive Stabilization and Quality Boost for Electron Beams from All-Optical Plasma Wakefield Accelerators
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；École Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
本文提出利用等离子体光阴极技术提升激光等离子体谐振加速器电子束质量，通过补偿波动实现更稳定的输出。
2025-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of beam loading in a laser-plasma accelerator
束流负载是限制等离子体加速器电荷和束流质量的一种现象。介绍了用激光等离子体加速器进行的实验研究。束流负载主要表现为束流能量的降低、暗电流的减小和大电荷束能散的增大。3D PIC模拟与实验结果进行了比较，并确认了梁加载的影响。据发现，在我们的实验条件下，被困的电子束产生减速场的顺序为1 GV/m/pC和束加载效果优化约20 pC的被困电荷。
2009-04-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-consistent plasma wake field interaction in quantum beam transport
本文综述了近年来在非线性旋量方程耦合系统中发展起来的量子横向光束运动的理论研究。这是假设相对论性电子/正电子束在过密条件下沿外磁场穿过等离子体。本文分析了三种不同的非线性区域：严格局域区域，即束斑尺寸远大于等离子体波长（然后将旋量系统简化为Gross-Pitaevskii方程形式的二维三次非线性薛定谔方程）;最后，强非局部区域，其中束斑尺寸比等离子体波长小得多。在所有的情况下，量子光束涡旋和环孤子的存在被证明是解析和数值。
2013-09-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quantumlike description of the nonlinear and collective effects on relativistic electron beams in strongly magnetized plasmas
对强纵向磁场作用下相对论电子/正电子束在等离子体中的自相互作用进行了数值分析。在过密区等离子体尾流场论的范围内，横向束流-等离子体动力学由热波模型提供的长束流极限下的类量子Zakharov方程组描述。在束斑尺寸远大于等离子体波长的极限情况下，Zakharov系统被简化为二维Gross-Pitaevskii型方程，其中陷阱势阱是由于外部磁场。预言了涡旋、“束晕”和非线性相干态（2D孤子）。
2011-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Precision alignment and tolerance of a plasma wakefield accelerator in a laser-ionized plasma source
本文提出通过分析等离子体余辉光强分布实现激光电离等离子体源与PWFA电子束的精密对准，并实验确定了对准容差，为对撞机与光源设计提供关键参数。
2025-08-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analysis of longitudinal bunching inan FEL driven two-beam accelerator
最近的实验[1]探索了使用自由电子激光（FEL）作为微波双束加速器的聚束器，以及随后的驻波射频输出腔的驱动。在这里，我们提出了一个更深入的分析的电子束团的纵向动力学，因为它们是从自由电子激光的末端，并通过输出腔传输。特别是，我们研究的效果的传输区域和腔孔过滤光束的聚束部分。[1]T. Lefevre，et.例如，物理修订信函84（2000），1188。
2000-08-17 physics.acc-ph
Results on Plasma Focusing of High Energy Density Electron and Positron Beams
我们目前的结果从SLAC E-150实验等离子体聚焦的高能量密度电子，并首次，正电子束。我们还讨论了等离子体透镜引起的同步辐射，等离子体聚焦的纵向动力学，激光和光束等离子体相互作用的测量。
2000-08-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Evolution of a plasma column measured through modulation of a high-energy proton beam
等离子体尾流场加速是一种利用电磁场来加速粒子束的方法，该电磁场的数量级大于在传统的射频腔中发现的电磁场。等离子体尾场加速器的核心部件是等离子体源，其范围从激光驱动实验中使用的毫米级气体射流到AWAKE实验中使用的十米长的铷室。中性气体的密度是实验的受控输入，但电离后等离子体的密度取决于许多因素。AWAKE使用高能质子束来驱动等离子体尾场，尾场通过以等离子体频率调制质子束来对质子束团产生反馈作用。我们通过测量质子束的调制频率来推断等离子体密度，并且通过改变质子束相对于电离激光脉冲的到达来测量密度随时间的演化。使用这种技术，我们发现了一个微秒长的稳定的等离子体密度，然后在密度的快速衰减。电离后等离子体的稳定性对设计更长的蒸汽室有影响，这些蒸汽室可用于将粒子束加速到极高的能量。
2020-06-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The Optimal Beam-loading in Two-bunch Nonlinear Plasma Wakefield Accelerators
由于束流加载的高度非线性性质，目前不可能解析地确定两束团等离子体尾场加速器中维持低能量扩散所需的束流参数。因此，本文采用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno参数扫描算法和QuickPIC程序，结合多项式回归和k折交叉验证方法，得到了非线性等离子体尾流场加速器中基于束流加载效应的三高斯电子束能散最小化时束流参数的两个拟合计算公式。一个公式允许尾束的每单位长度的归一化电荷的优化，以实现最小的能量扩展，即最佳的束加载。另一个直接给出了当尾梁达到最佳梁加载时的Transformer比。由拟合公式得到了驱动束和拖尾束电荷的简单比例关系，表明当两束的长度、间距和等离子体密度一定时，对于给定的两束电荷比，总是可以获得最佳的束流加载。该公式还可用于在最佳束流加载条件下获得最大加速电荷和最大加速效率的最佳等离子体密度。这两个拟合公式将大大提高设计和优化双束团等离子体尾场加速级的效率。
2022-05-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield-driven filamentation of warm beams in plasma
本文建立了有限尺寸温束流的三维时空双流理论，揭示有限发射度扩散引入主导波数和截止波数，并经相对论电子-正电子束流PIC模拟验证，深化了对等离子体加速器中束流丝化机制的理解。
2024-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High performance beam transport with multi-stage acceleration system and its application to plasma potential measurement in fusion plasmas
本文提出通过在多级加速管中保持恒定束流能量并引入静电透镜效应，在不增加新组件的情况下显著提升低能重离子束传输效率，并在LHD等离子体电位测量中将Au+束流提高至12 μA，验证了其有效性。
2025-01-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-Quality Electron Beams from Beam-Driven Plasma Accelerators by Wakefield-Induced Ionization Injection
我们提出了一种新的和简单的策略，用于在束流驱动等离子体加速器中控制电离诱导的电子捕获。所提出的方法直接利用电尾场从掺杂剂气体中捕获电子，并将它们捕获到加速和聚焦尾相的明确定义的体积中，从而产生高质量的无源聚束。这种注入原理解释的三维粒子在细胞（PIC）的计算使用代码OSIRIS的例子。在这些模拟中，高电流密度的电子束驱动器激发等离子体波在吹出制度内的完全电离的氢等离子体的密度$5\times10^{17} \mathrm{cm^{-3}}$。在被中性氦气污染的嵌入式$100 \mathrm{μm}$长等离子体柱内，尾流场触发电离，捕获限定比例的释放电子，并随后加速。由此产生的电子束具有$1.5 \mathrm{kA}$峰值电流、$1.5 \mathrm{μm}$横向归一化发射度、在GeV能量尺度上0.3%的不相关能量扩展和几个飞秒聚束长度。
2015-06-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self modulated dynamics of a relativistic charged particle beam in plasma wake field excitation
本文在等离子体尾场激发理论的范围内评述了相对论带电粒子束的自调制动力学。通过耦合等离子体尾流势与束流密度之间的Poisson型方程和Vlasov方程，给出了束流动力学的自洽描述。分析了束流包络自调制现象，讨论了不稳定性发生的判据。
2015-11-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Development of a nonlinear plasma lens for achromatic beam transport
本研究提出基于等离子体霍尔效应的非线性有源等离子体透镜新构想，作为消色差电子束流传输晶格的组成部分，由一维流体模拟启发设计，并已在CERN的CLEAR束线开展实验表征。
2024-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
