Maximum transformer ratio at wakefield excitation at blowout regime in plasma by electron bunch under semi-gaussian charge distribution

Abstract

Using 2d3v code LCODE, the numerical simulation of nonlinear wakefield excitation in plasma by shaped relativistic electron bunch with charge distribution, which increases according to Gaussian charge distribution up to the maximum value, and then decreases sharply to zero, has been performed. Transformer ratio, as the ratio of the maximum accelerating field to the maximum decelerating field inside the bunch, and accelerating the wakefield have been investigated taking into account nonlinearity of the wakefield. The dependence of the transformer ratio and the maximum accelerating field on the length of the bunch was investigated with a constant charge of the bunch. It was taken into account that the length of the nonlinear wakefield increases with increasing length of the bunch. It is shown that the transformer ratio reaches its maximum value for a certain length of the bunch. The maximum value of the transformer ratio reaches six as due to the profiling of the bunch, and due to the nonlinearity of the wakefield.

Використовуючи код LCODE, провели 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 згустка, і прискорююче поле досліджені з урахуванням нелінійності кільватерної хвилі. Досліджено залежність коефіцієнта трансформації і максимального прискорюючого поля від довжини згустка при незмінному заряді згустка. Враховувалося, що довжина нелінійної кільватерної хвилі збільшується зі збільшенням довжини згустка. Показано, що коефіцієнт трансформації досягає максимального значення при деякій довжині згустка. Максимальне значення коефіцієнта трансформації досягає шести як за рахунок профілювання згустка, так і за рахунок нелінійності кільватерної хвилі.

Используя код LCODE, провели 2d3v численное моделирование возбуждения нелинейной кильватерной волны в плазме профилированным релятивистским электронным сгустком с плотностью заряда, нарастающей по закону Гаусса до максимального значения, а потом резко обрывающейся до нуля. Коэффициент трансформации, как отношение максимального ускоряющего поля к максимальному тормозящему полю внутри сгустка, и ускоряющее поле исследованы с учетом нелинейности кильватерной волны. Исследована зависимость коэффициента трансформации и максимального ускоряющего поля от длины сгустка при неизменном заряде сгустка. Учитывалось, что длина нелинейной кильватерной волны увеличивается с увеличением длины сгустка. Показано, что коэффициент трансформации достигает максимального значения при некоторой длине сгустка. Максимальное значение коэффициента трансформации достигает шести как за счет профилирования сгустка, так и за счет нелинейности кильватерной волны.