ЗАЛЕЖНІСТЬ КОЕФІЦІЄНТА ТРАНСФОРМАЦІЇ ВІД ДОВЖИНИ ЗГУСТКА ЗА ЗБУДЖЕННЯ НЕЛІНІЙНОЇ КІЛЬВАТЕРНОЇ ХВИЛІ У ПЛАЗМІ ЕЛЕКТРОННИМ ЗГУСТКОМ З УРАХУВАННЯМ ТОГО, ЩО ЗАРЯД ЗРОСТАЄ ЗА ЗАКОНОМ ГАУСА

doi:10.26565/2312-4334-2018-2-10

D. S. Bondar Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна 61022, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-7358-4305
I. P. Levchuk ННЦ Харківський фізико-технічний інститут 61108, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-0542-0410
V. I. Maslov 1. ННЦ Харківський фізико-технічний інститут; 2.Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-4370-7685
I. N. Onishchenko ННЦ Харківський фізико-технічний інститут 61108, Харків, Україна

DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2018-2-10

Ключові слова: коефіцієнт трансформації, кільватерне поле в плазмі, нелінійне кільватерне поле, прискорення кільватерним полем

Анотація

Використовуючи код LCODE, проведено 2d3v чисельне моделювання збудження нелінійної кільватерної хвилі в плазмі профільованим релятивістським електронним згустком з щільністю заряду, яка наростає по закону Гауса до максимального значення, а потім різко зменшується до нуля. Коефіцієнт трансформації, як відношення максимального прискорюючого поля до максимального гальмуючого поля всередині згустку, і прискорююче поле досліджені з урахуванням нелінійності кільватерної хвилі. Досліджено залежність коефіцієнта трансформації і максимального прискорюючого поля від довжини згустку при незмінному заряду згустку. Враховувалося, що довжина нелінійної кільватерної хвилі збільшується зі збільшенням довжини згустку. Показано, що коефіцієнт трансформації досягає максимального значення при деякої довжині згустку. Максимальне значення коефіцієнта трансформації досягає шести як за рахунок профілювання згустку, так і за рахунок нелінійності кільватерної хвилі.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографія автора

V. I. Maslov, 1. ННЦ Харківський фізико-технічний інститут; 2.Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

1. 61108, Харків, Україна; 2. 61022, Харків, Україна; Corresponding author: vmaslov@kipt.kharkov.ua

Посилання

Leemans W.P., Gonsalves A.J., Mao H.-S. et al. Multi-GeV Electron Beams from Capillary-Discharge-Guided Subpetawatt Laser Pulses in the Self-Trapping Regime // Phys. Rev. Lett. - 2014. - Vol. 113. - P. 245002.

Pukhov A., Meyer-ter-Vehn J. Laser wake field acceleration: the highly non-linear broken-wave regime // Applied Physics B. – 2002. – Vol.74. – P. 355-361.

Leemans W. P., Nagler B., Gonsalves A. J., Tóth Cs., Nakamura K., Geddes C.G.R., Esarey E., Schroeder C. B., Hooker S.M. GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator // Nature Physics. - 2006. - Vol. 2. - P. 696-699.

Malka V. Laser plasma accelerators // Phys. of Plasmas. - 2012. - Vol. 19. - P.055501.

Hooker S.M., Bartolini R., Mangles S.P.D., Tünnermann A., Corner L., Limpert J., Seryi A., Walczak R. Multi-pulse laser wakefield acceleration: a new route to efficient, high-repetition-rate plasma accelerators and high flux radiation sources // Special Issue of J. Phys. B. - 2014. - Vol. 47. - P 234003.

Lotov K.V., Maslov V.I., Onishchenko I.N., Svistun E. Resonant excitation of plasma wakefields by a nonresonant train of short electron bunches // Plasma Phys. Control. Fusion. - 2010. - Vol.52. - No.6. - P. 065009.

Jing C., Power J., Zholents A. Dielectric Wakefield Accelerator to Drive the Future FEL Light Source // ANL/APS/LS- 326. - 2011.

Maslov V.I., Onishchenko I.N., Yarovaya I.P. Transformer ratio at excitation of nonlinear wakefield in plasma by shaped sequence of electron bunches with linear growth of charge // VANT. – 2012. - Vol.4.-No.80 - P.128-130.

Baturin S. S., Zholents A. Upper limit for the accelerating gradient in the collinear wakefield accelerator as a function of the transformer ratio // Phys. Rev. ST Accel. Beams. - 2017. – Vol.20. – P.061302.

Tajima T. Laser acceleration in novel media // Eur. Phys. J. Special Topics. - 2014. – Vol. 223. – No.6. – P. 1037–1044.

Massimo F., Marocchino A., Ferrario M., Mostacci A., Musumeci P., Palumbo L. Transformer ratio studies for single bunch plasma wakefield acceleration // Nucl. Inst. and Meth. A. – 2014. – Vol.740. – P.242-245.

Jing C., Power J.G., Conde M., Liu W., Yusof Z., Kanareykin A., Gai W. Increasing the transformer ratio at the Argonne wakefield accelerator // Phys. Rev. ST Accel. Beams. – 2011. – Vol. 14. – P. 021302.

Wilson P.B. Wake Field Accelerators // Invited talk presented at the SLAC Summer Institute on Particle Physics, Stanford, California. - 1985. – P.1-45.

Chen P., Spitkovsky A., Katsouleas T., Mori W.B. Transformer ratio and pulse shaping in laser wakefield accelerator // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 1998. – Vol. 410. – No.3. - P. 488-492.

Spitkovsky A., Chen P. Longitudinal laser shaping in laser wakefield accelerators // Phys. Lett. A. – 2002. – Vol. 296. – No.2. – P. 125-130.

Leemans W.P., Catravas P., Esarey E., Geddes C.G.R., Toth C., Trines R., Schroeder C.B., Shadwick B.A., Tilborg van J., Faure J. Electron-Yield Enhancement in a Laser-Wakefield Accelerator Driven by Asymmetric Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. - 2002. - Vol. 89. - No. 17. - P. 174802.

Maslov V.I., Onishchenko I.N., Yarovaya I.P. Transformation Ratio at Excitation of Nonlinear Wakefield in Plasma by Shaped Sequence of Electron Bunches with Linear Growth of Charge // Problems of Atomic Science and Technology. - 2012. – Vol.4. – No. 80. – P.128-130.

Jiang B., Jing C., Schoessow P., Power J., Gai W. Formation of a novel shaped bunch to enhance transformer ratio in collinear wakefield accelerators // Phys. Rev. ST Accel. Beams 15. – 2012. – P. 011301.

Maslov V.I., Onishchenko I.N., Yarovaya I.P. Wakefield Excitation in Plasma by Sequence of Shaped Electron Bunches // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Plasma Physics. - 2012. – No.6. – P. 161-163.

Lemery F., Piot P. Tailored electron bunches with smooth current profiles for enhanced transformer ratios in beam-driven acceleration // Phys. Rev. ST Accel. Beams 18. – 2015. – P. 081301.

Maslov V.I., Onishchenko I.N. Transformation Ratio at Wakefield Excitation in Dielectric Resonator by Shaped Sequence of Electron Bunches with Linear Growth of Current // Problems of Atomic Science and Technology. Problems of Atomic Science and Technology. - 2013. – Vol.4. – No.86. - P. 69-72.

Altmark A.M., Kanareykin A.D. Annular Cherenkov high gradient wakefield accelerator: beam-breakup analysis and energy transfer efficiency // Journal of Physics: Conference Series. – 2012. - Vol.357. – P.012001.

Maslov V.I., Onishchenko I.N. Transformation Ratio at Wakefield Acceleration in Dielectric Resonator // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Nuclear Physics Investigations. - 2014. – Vol.3. - P. 99-101.

Balakirev V.A., Onishchenko I.N., Sotnikov G.V., Fainberg Ya.B., Charged particle acceleration in plasma by wakefield of shaped train of relativistic electron bunches // Sov. Plasma Phys. – 1996. – Vol. 22. – No.2. – P.157-164.

Maslov V.I., Onishchenko I.N. Transformation Ratio at Wakefield Excitation in Dielectric Resonator by Sequence of Rectangular Electron Bunches with Linear Growth of Charge // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Nuclear Physics Investigations. - 2014. – No.3. - P.95-98.

Nakajima K. Plasma Wake-field Accelerator Driven by a Train of Multiple Bunches // Particle Accelerators. 1990. – Vol.32. - P.209-214.

Maslov V.I., Svistun O.M. Transformation Ratio at Plasma Wakefield Excitation by Laser Pulse with Ramping of its Intensity according to Cosine // East Eur. J. Phys. - 2014. - Vol.1. – No.4. - P. 84-87.

Kazakov S.Yu., Kuzikov S.V., Jiang Y., Hirshfield L. High-gradient two-beam accelerator structure // Phys. Rev. ST Accel. Beams. – 2010. – Vol. 13. – P. 071303.

Levchuk I.P., Maslov V.I., Onishchenko I.N. Transformation Ratio at Wakefield Excitation by Linearly Shaped Sequence of Short Relativistic Electron Bunches // Problems of Atomic Science and Technology. - 2015. – No.6. - P. 37-41