Plateau formation on accelerating wakefield for electron-witness-bunch and on decelerating wakefield for driver-bunches in a plasma

Abstract

Plasma wakefield acceleration promises compact sources of high-brightness relativistic electron and positron beams. Applications (particle colliders and free-electron lasers) of plasma wakefield accelerators demand low energy spread beams and high-efficiency operation. Achieving both requires plateau formation on both the accelerating field for witness-bunch and the decelerating fields for driver-bunches by controlled beam loading of the plasma wave with careful tailored current profiles. We demonstrate by numerical simulation by 2.5D PIC code LCODE such optimal beam loading in a linear and blowout electron-driven plasma accelerator with RF generated low and high beam charge and high beam quality.

Прискорення кільватерним полем у плазмі може забезпечити компактні джерела релятивістських електронних і позитронних пучків високої яскравості. Використання (колайдери частинок і лазери на вільних електронах) плазмових кільватерних прискорювачів вимагають високої ефективності і пучків з низьким розкидом по енергії. Досягнення того і іншого вимагають формування плато як на прискорюючому полі для згустку, що прискорюється, так і на гальмуючому полі для згустків, що збуджують поле, шляхом контрольованого навантаження пучком плазмової хвилі з ретельно підібраним профілем струму. Ми демонструємо чисельним моделюванням 2,5D PIC-кодом LCODE таке оптимальне навантаження пучком у лінійному і нелінійному режимах у плазмовому прискорювачі зі збудженням електронами, які інжектуються з ВЧ-прискорювача, при невеликому і великому зарядах пучків і високій їх якості.

Ускорение кильватерным полем в плазме может обеспечить компактные источники релятивистских электронных и позитронных пучков высокой яркости. Использование (коллайдеры частиц и лазеры на свободных электронах) плазменных кильватерных ускорителей требует высокой эффективности и пучков с малым разбросом по энергии. Достижения того и другого требуют формирования плато как на ускоряющем поле для ускоряемого сгустка, так и на тормозящем поле для сгустков, которые возбуждает поле, путем контролируемой нагрузки пучком плазменной волны с тщательно подобранным профилем тока. Мы демонстрируем численным моделированием 2,5D PIC-кодом LCODE такую оптимальную нагрузку пучком в линейном и нелинейном режимах в плазменном ускорителе с возбуждением электронами, которые инжектируются с ВЧускорителя, при небольшом и большом зарядах пучков и высоком их качестве.