当前位置:首页 > 业界动态 > 激光加速 > 正文

基于等离子体密度调制的等离子体加速电子束的啁啾消减方案

发布时间: 2017-08-20 15:19:21   作者:本站编辑   来源: PRL   浏览次数:

  

   

  等离子体加速器为未来小型化光源和高能物理应用奠定了可能性,要获得高品质束团,特别是低能散仍然是一个挑战。将电子产生过程从加速阶段分离出来可优化和控制束团质量,即在线性或准线性尾场机制下,将电子外注入至加速段,包括级联等离子体加速或碰撞注入加速。

  在等离子体尾场中束团一般位于加速场的斜率区,即电子束同时也受到等离子体场的加速或聚焦。然而这种加速相位也会对纵向能量产生啁啾,由此带来负面的能散增长。

  对于线性等离子体尾场,包括激光或粒子驱动,要降低能散效应一般需要更短的电子束长度,更低的等离子体密度,或者更长的等离子体波长。然而,射频加速器很难产生短脉冲电子束,而且束团电量也较低。此外,更低的等离子体密度需要更高的激光脉冲能量来驱动等离子体波,并由于束加载效应将降低束团电量,也降低了加速梯度。有两种方案缓解这些问题:一个是采用中空等离子体通道提供横向聚焦力,另外一个是束加载的电场来平滑沿束团方向的场。然而,这需要非常精确地控制注入电子束轮廓以降低纵向场。

  1轴向加速电场E,聚焦强度K,顶部密度为nmin =1×1017cm-3,底部密度为nmax=3×1017cm-3

  本文提出了一种基于周期调制等离子体密度的新方案,将减小等离子体中的能量啁啾累积。等离子体密度被调制后,束团将周期性地与斜率相反的加速场作用,这将有效地压制啁啾演化。如图1所示即调制等离子体密度方案。其中电子束处于加速和聚焦相位,在固定延时,nmax=3nmin,束团将散焦但由相反斜率,且高强度场加速。将束团在这样密度调制结构造成的两个相位下演化,将使纵向场逐渐平滑且消除掉能量啁啾。该方案并无确切的密度函数关系,研究人员基于模拟给出了相对理想化的实验参考:第一段为毛细管加速段,第二段喷气段与其间距1mm,直径是300微米,这将对密度平台区产生调制。

  如图2所示,采用调制的等离子体密度,束团将没有多余的线性能量啁啾,能散值将降低至0.24%。这种新型密度调制方案可有效地优化净加速场,场的轮廓主要由以下两个数值决定:nminnmax。通过选取确定密度将有效地调制电子束团在尾场的加速和减速相变化,由此将减少束团相空间的二阶加速项带来的啁啾。这一方案主要基于弱束团加载尾场,如外注入方案,同时也适用于低电荷量的方案。模拟中直到4pC均无束质量下降,对于10pC(对应束团密度与等离子体密度比值为5),研究发现了束发散度和能散变差。

  2电子束相空间图,其中电子束能量157MeV

  总结,基于调制等离子体的这种新方案将有效地压缩加速过程中产生的能散,且保持束发散度,这克服了长久以来电子加速领域产生高品质电子束的重要问题。

  摘译自:R. Brinkmann et al. Chirp Mitigation of Plasma-Accelerated Beams by a Modulated Plasma Density. PRL 118, 214801 (2017)

我来说两句
您尚未登录,请登录后发布评论! 【马上登录
评论列表
已有 0 条评论(查看更多评论)
友情链接
 
电话:021-69918000 传真:021-69918800 Processed in 0.043 second(s)
360网站安全检测平台 Powered by SIOM Copyright © 2014 www.siom.ac.cn, All Rights Reserved pv总量 访客数总量