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。
2023-06-16 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
Excitation of two-dimensional plasma wakefields by trains of equidistant particle bunches
负责伸长的等离子体波周期的非线性效应进行了数值研究，重点是二维的波。发现了波和驱动器失谐对尾流场振幅的限制。
2013-07-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental Study of Wakefields Driven by a Self-Modulating Proton Bunch in Plasma
实验研究了等离子体中高度相对论性质子束团自调制时的纵向和横向尾流场。我们发现尾波场的增长和振幅随着种子振幅的增加以及等离子体中的质子束团电荷的增加而增加。我们研究横向尾场使用的最大半径的质子束分布测量屏幕上下游的等离子体。我们通过外部注入电子并测量其最终能量来研究纵向尾场。测量结果与理论和数值模拟预测的趋势一致，验证了我们对自调制发展的理解。实验是在先进尾场实验（AWAKE）的背景下进行的。
2020-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Reconstructing nonlinear plasma wakefields using a generalized temporally encoded spectral shifting analysis
我们推广的时间编码谱移（TESS）分析测量等离子体尾场光谱干涉术不同的探测脉冲的任意光谱轮廓和测量非线性尾场。我们表明，高斯近似使用到现在为止的尾场振幅的一个重大的误算的结果，由高达两个因素。提出了一种精确测量高振幅准线性和非线性尾场的方法，使用扩展的TESS程序，我们把它的精度在这些制度的一些限制。这些扩展和改进的分析表明其潜力的快速和准确的等离子体尾流场的诊断，即使在低等离子体密度。
2018-10-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive Injection in Plasma Wakefield Accelerators
提出了一种新的亚相对论等离子体尾场加速器电子注入方案。横向激光器电离掺杂剂气体，并在尾流传播方向上有质动力地加速释放的电子。该过程使得即使对于低于捕获阈值的尾场电势，也能够在尾场中捕获电子。我们从理论上研究了该方案，并通过粒子在细胞中的模拟来展示高质量的波束形成和加速与亚微米归一化发射度和子百分比不相关的能量扩展。
2020-08-19 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
Beam-Driven Systems, Plasma Wakefield Acceleration
我们扩展了在CERN加速器学院关于等离子体尾场加速的先前论文集中发表的材料。该材料侧重于在短、窄束区中的等离子体尾场加速。在简要介绍了等离子体尾场加速器的基本原理后，我们描述了束流训练驱动的等离子体尾场加速器。然后，我们试图给出简单而直观的描述聚束自调制，发生时，聚束是长的，和电流的反射，发生时，聚束是宽的。自调制是一种利用现有的带有大量能量的聚束来驱动等离子体尾场的方法。在横向分裂可能破坏尾场产生和加速过程之前，电流偏转不稳定性对粒子束的宽度施加了限制。与前面的材料一样，我们展示了一些实验结果，这些结果表明，大部分物理现象都是在实验中观察到的。
2020-07-10 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
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
A New Type of Plasma Wakefield Accelerator Driven by Magnetowaves
提出了磁波驱动等离子体尾场加速器的新概念。这个概念最初是作为一个可行的机制提出的“宇宙加速器”，将加速宇宙粒子到超高能量的天体物理设置。与更熟悉的等离子体尾场加速器（PWFA）和激光尾场加速器（LWFA）不同，其中驱动器，带电粒子束和激光是独立存在的实体，MPWA调用高频和高速哨声模式作为驱动器，这是一种不能存在于等离子体之外的中波。除了驱动因素的不同，通过有质动力势激发等离子体尾流场的基本机制是共同的。我们的计算机模拟表明，在适当的条件下，等离子体尾场保持非常高的相干性，并可以维持高梯度加速超过许多等离子体波长。我们认为，除了它的天体应用，MPWA的概念也可以是陆地上的效用。MPWA的原理验证实验将有利于地球和天体加速器概念。
2008-08-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Amplitude enhancement of the self-modulated plasma wakefields
种子自调制（SSM）已经被证明将长质子束团转换成许多等距的微束团（例如，唤醒情况），然后共振激发强尾流场。然而，均匀等离子体中的尾波场在达到峰值后，振幅迅速下降。这是由自调制期间尾流相速度显着降低引起的。大量的质子从聚焦和减速区域中滑出并丢失，因此不能对尾流场的增长做出贡献。以前建议的解决方案包括一个尖锐的或线性的等离子体纵向密度增加，可以补偿后向相移，从而提高尾场。在本文中，我们提出了一种新的等离子体密度分布，它可以进一步提高尾场幅度的30%。更重要的是，几乎24%的质子最初位于沿一个等离子体周期生存在调制后的微束。讨论了基本的物理学。
2018-05-08 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
Synchrotron radiation from a curved plasma channel laser wakefield accelerator
在弯曲的等离子体通道中引导的激光脉冲可以激发尾场，该尾场使电子沿着拱形轨迹转向。当电子沿着弯曲的通道加速时，它们发射出同步辐射。我们提出了简单的分析模型和模拟研究激光脉冲引导，尾场产生，电子转向，和同步辐射在弯曲的等离子体通道。对于实验上可实现的参数，~ 2GeV的电子每厘米发射0.1个光子，平均光子能量为多个keV。
2016-11-02 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
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
Witness emittance growth caused by driver density fluctuations in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器中，我们发现了一种能引起见证发射度增长的新效应。该效应出现在线性或适度非线性等离子体波中。在驱动光束与等离子体波达到横向平衡所需的时间期间，见证物经历随时间变化的聚焦力并失去质量。见证电荷越高，发射度增长率就越低，因为见证电荷被其自身的尾流场额外聚焦。然而，见证头总是退化，退化和完好部分之间的边界逐渐向后传播沿见证束。
2018-07-12 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
Bunch-excited wakefield in dielectric waveguide with hollow plasma channel
本文研究介质加载圆柱波导中空心等离子体通道内相对论电子束团激发的尾场，推导线性机制下纵横向尾场解析解并进行模式与频谱分析，PIC模拟验证了准线性机制下解析与数值结果的定性一致。
2023-11-29 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
Theory of wakefield in a transversely inhomogeneous plasma waveguide
本文理论研究了横向非均匀等离子体圆柱波导中相对论驱动束团产生的尾场，推导了场分量解析式，分析了色散、本征波地形及尾场振幅分布与频谱。
2025-06-19 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
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
Radial equilibrium of relativistic particle bunches in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器的线性或弱非线性区域中，驱动粒子束很快与尾场达到径向平衡，这是第一次详细描述。结合解析关系、数值积分和第一性原理模拟，得到了平衡束流状态和自洽尾流场。在平衡态中，束流密度在轴附近强烈地达到峰值，束流半径沿着束流是恒定的，并且聚焦强度的纵向变化通过改变束流发射度来平衡。束粒子的横向动量分布依赖于观测半径，既不是可分的，也不是高斯分布。
2016-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield-Dressed Relativistic Vortex Electrons in Plasma Accelerators
Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
该研究发现等离子体尾场可作为移动量子结构支持相对论涡旋电子态，推导了相关电子旋量本征态，分析了波包与扰动，为高能涡旋电子制备及相对论粒子量子态控制提供了新途径。
2026-08-31 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
Experimental Observation of Motion of Ions in a Resonantly Driven Plasma Wakefield Accelerator
实验证实等离子体尾场加速器中离子运动效应与离子质量成反比，由有质动力驱动，并随尾场振幅变化，表现为束团尾部。
2025-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transformer ratio growth due to ion motion in plasma wakefield accelerators
本文报告了等离子体尾场加速器中Langmuir波破裂导致加速电场增强的反直觉效应，其机制是横向波破裂时通过电子的集体流入与单独流出从邻近区域汲取能量。
2023-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Carrier-Envelope Phase Controlled Electron Injection into a Laser-Wakefield Accelerator
单周期激光脉冲在等离子体中传播时，根据激光载波包络相位（CEP），引起可控的非对称等离子体电子从激光器中排出，形成振荡的等离子体泡。气泡的横向尾流场被修正，呈现周期性调制。提出了一种将单周期低频激光脉冲和多周期高频激光脉冲相结合的激光尾场加速器注入方案。共同传播的激光脉冲形成横向振荡的尾场，该尾场有效地捕获和加速来自背景等离子体的电子。通过调节单周期激光脉冲的初始CEP，可以独立于多周期脉冲来修改注入动力学，从而能够控制电子聚束的空间轮廓。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Excitation and Control of Plasma Wakefields by Multiple Laser Pulses
实验证明了激光脉冲串共振激发等离子体波。我们还采取了重要的第一步，实现能量回收等离子体加速器，通过显示未使用的尾场能量可以被删除的共振拖尾激光脉冲。测量的激光尾场被发现是在良好的协议与尾场激发的线性政权的分析和数值模型。我们的研究结果表明，一个有前途的方向，实现高度控制，GeV级的激光等离子体加速器工作在多千赫重复率。本文于2017年7月27日发表在Physical Review Letters 119，044802上。DOI：10.1103/PhysRevLett.119.044802 Copyright 2017 American Physical Society.
2017-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Light As Diagnostic For Wakefields Driven By Developing Self-Modulation Of A Long Particle Bunch
本研究提出利用等离子体原子线辐射光诊断长质子束自调制驱动的尾场，设计了可设置不同位置和高度密度阶跃的新型蒸汽/等离子体源，模拟显示百分之几的密度阶跃可使束流在数百米等离子体中驱动GV/m级尾场。
2024-10-31 physics.acc-ph 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
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
Oscillation damper for misaligned witness in plasma wakefield accelerator
针对线性或中等非线性等离子体尾场加速器中外部见证束对中困难的问题，本文提出在其前方亚毫米处加入同源阻尼束团，通过尾场扰动实现见证束自动回轴且无质量损失。
2024-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of Plasma-Undulator Harmonics from a Laser Wakefield Accelerator
这篇论文已被作者撤回。分析中的一个假设在实验条件下是不成立的。
2010-03-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Long Term Evolution of Plasma Wakefields
我们研究了多个等离子体-电子周期和几个等离子体-离子周期的等离子体尾场的长期演化（LTE），远小于复合时间。这种尾场扰动等离子体在这些时间尺度上的演化和弛豫对等离子体对撞机中重复率的上限具有重要意义。相对论激光器中的强场（或强光束）通过将能量传递给等离子体电子而产生等离子体尾场（ωpe附近的模式）。处于正确相位的带电粒子束可以以数十GeV/m的加速/聚焦梯度加速。然而，尾场留下的等离子体不处于平衡状态，具有多个等离子体-电子周期的弛豫时间。由从被驱动的等离子体电子到等离子体离子的能量转移引起的离子时间尺度上的离子运动可以产生有趣的等离子体状态。最终在LTE期间，等离子体的动力学去相干（通过不稳定性驱动混合的多个模式），热化成随机运动（热力学第二定律），从尾流场耗散能量。尾场驱动器与这样的相对论热等离子体相互作用导致等离子体尾场不同于冷等离子体中的尾场。
2014-05-16 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser-driven Plasma Wakefield: Propagation Effects
在激光驱动尾流场加速的框架内，描述了激光传输和等离子体波激发的主要特性，着重讨论了传输距离对电子加速的作用。为了优化相互作用长度和最大化能量增益，低等离子体密度操作是实现超相对论能量的最有希望的区域。在低等离子体密度条件下延长激光传输长度的方法中，介质毛细管壁掠入射反射激光导引有几个优点。本文介绍了激光导引的特性和长距离等离子体波的测量。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Excitation of bulk and surface wakefields by a relativistic electron bunch in plasma of semiconductors and semimetals
研究了半导体和半金属等离子体中相对论电子束团激发的体尾波场的时空结构。结果表明，这些尾场由纵向等离子体激元场和切伦科夫电磁辐射场组成，切伦科夫电磁辐射是半导体或半金属波导的一组本征电磁波。在具有轴向真空通道的波导中出现了表面等离子体激元的分支。研究了相对论电子束团尾流激发表面等离子体激元的过程。确定了激励尾流表面波的强度。
2021-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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。
2020-12-10 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
Resonant excitation of very high gradient plasma wakefield accelerators by optical-period bunch trains
使用周期性电子束聚束训练共振激发准非线性（QNL）区域中的等离子体尾流场与使用单个较高电荷聚束相比具有明显的优势。QNL机制中的共振激发可以使用每脉冲具有小电荷的非常低发射率的光束产生等离子体电子井喷：局部密度扰动是极其非线性的，实现总稀疏，但等离子体电子在等离子体频率下的共振响应被保留。这样的脉冲训练，具有等于等离子体周期的束团间距，可以通过反向自由电子激光聚束产生。为了实现与几微米的激光波长的共振，使用高等离子体密度，伴随着获得极大的尾场振幅的可能性，对于FACET-II参数接近1 TV/m。在这篇文章中，我们使用粒子模拟研究等离子体响应，光束调制的演变，以及遇到的不稳定性，出现时，使用聚束方案共振激发波在稠密的等离子体。
2020-03-19 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
Laser Excitation of Wakefields in a Parabolic Plasma Channel
在抛物线等离子体通道中传播的具有时间上的方形轮廓的高斯激光脉冲对电子施加有质动力，该有质动力驱动大幅度的静电尾流电势。当满足特征关系时，φ的解析解是可能的。对于脉冲持续时间τ ~ 9 τ_p / 4，其中τ_p是等离子体周期，轴上的等离子体尾流电势是有质动力电势φ_0的两倍。
2005-11-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced betatron X-rays from axially modulated plasma wakefields
在基于等离子体的加速器的空化状态中，跟随驱动器的高能电子群可以经历电子感应加速器运动。运动导致X射线发射，但亮度和光子能量受到电子初始横坐标的限制。为了克服这一点，我们利用参数不稳定的电子感应加速器运动的空化，轴向调制等离子体。理论和模拟表明，不稳定振荡增加了总的X射线能量和平均光子能量。
2015-04-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-guided wakefield experiments driven by petawatt class ultra-short laser pulses
我们调查的扩展自注入激光尾场实验的制度，将与下一代的拍瓦级超短脉冲激光系统。使用线性缩放，目前的实验趋势和数值模拟，我们确定最佳的激光和目标参数，即聚焦几何形状，等离子体密度和目标长度，需要增加电子束能量（> 1 GeV），而不使用外部引导结构。
2007-12-05 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
LCODE: Quasistatic code for simulating long-term evolution of three-dimensional plasma wakefields
本文介绍三维准静态代码 LCODE，通过修改等离子体粒子运动方程抑制宏粒子聚集与数值加热，从而实现等离子体尾场长期演化的高精度模拟。
2024-01-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase velocity and particle injection in a self-modulated proton-driven plasma wakefield accelerator
结果表明，等离子体波的相速度降低对自调制质子驱动等离子体尾场加速器（SM-PDPWA）的性能有很大影响。使用分析理论和粒子在细胞模拟，我们表明，减少是最大的自调制的线性阶段。当不稳定性非线性饱和时，相速度接近驱动器的相速度。尾流动力学对加速电子的最大能量增益的有害影响可以使用电子的侧注入或通过平滑等离子体密度梯度控制尾流的相速度来避免。
2011-07-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Profiling and variation of laser pulse parameters as a way to preserve the stability of self-injected bunches during excitation of a wakefield in plasma
该研究针对等离子体尾场激发中自注入束团易因横向电子感应加速振荡损毁的问题，通过X射线激光脉冲链的参数整形与调控，找到了获得稳定高质量束团的参数，为解决该问题提供了可行方案。
2023-10-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron Self-injection in Multidimensional Relativistic Plasma Wakefields
本文提出了一个在气泡区由短激光脉冲激发的非线性多维等离子体波或在井喷区由短电子束激发的非线性多维等离子体波中电子自注入的解析模型。在这种情况下，这是典型的电子加速在最后的实验中，激光辐射压力或电子束电荷推出背景等离子体电子形成一个等离子体腔-气泡-与一个巨大的离子电荷。等离子体电子可以被捕获在气泡中，并被等离子体尾场加速到非常高的能量。该模型预测了电子捕获的条件和捕获的截面的气泡半径和气泡速度。所得结果与三维粒子模拟结果吻合较好。
2009-05-15 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
Plasma wakefield excitation by incoherent laser pulses: a path towards high-average power laser-plasma accelerators
在激光等离子体加速器（LPA）中，在等离子体中传播的短而强的激光脉冲驱动尾场（具有相对论相速度的等离子体波），该尾场可以维持极大的电场，从而实现紧凑的加速结构。潜在的LPA应用包括紧凑型辐射源和高能线性对撞机。我们提出并研究了由大量低能激光脉冲（即，而不限制脉冲相位）。我们表明，尽管在由脉冲所占据的体积内的电磁场的非相干性质，激发的尾场是定期的，其振幅是可比的或等于使用一个单一的，相干的脉冲具有相同的能量。这些结果为下一代基于LPA的应用提供了一条途径，其中非相干组合的多个脉冲可以实现高重复率、高平均功率的LPA。
2014-04-17 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
Wakefield regeneration in a resonantly driven plasma accelerator
针对等离子体加速器亮度受重复率和单次电荷量限制的问题，提出利用驱动束团列周期性加载尾场消除能量转移限制，通过AWAKE方案模拟验证，仅用部分驱动列实现加速电荷量翻倍以提升亮度。
2025-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
