Focusing of positron bunch when moving in electron bunch wakefield in the dielectric waveguide filled with plasma

Abstract

The results of numerical PIC-simulation of focusing accelerated (test) positron and drive electron bunches in the dielectric waveguide filled with radially heterogeneous plasma with the vacuum channel are given in the paper. The wakefield was excited by electron bunch in quartz dielectric tube, inserted into cylindrical metal waveguide. The internal area of dielectric tube has been filled with plasma different transverse density profiles, heterogeneous on radius, with the vacuum channel along waveguide axis. Plasma density for all studied cases was so low that plasma frequency was less, than the frequency of the main dielectric mode. Results of numerical PIC simulation have shown that possibility of simultaneous acceleration and focusing of the test positron bunch are possible in the wakefield. The best acceleration happens in case of plasma absence, however at that there is no focusing of test positron bunch.

Наведено результати чисельного PIC-моделювання фокусування тестового позитронного й драйверного електронного згустків у діелектричному хвилеводі, заповненому радіально-неоднорідною плазмою з вакуумним каналом. Кільватерне поле збуджувалося електронним згустком у кварцовій діелектричній трубці, що вставлена в циліндричний металевий хвилевід. Внутрішня область діелектричної трубки була заповнена плазмою з різними поперечними профілями щільності неоднорідними по радіусу з вакуумним каналом уздовж осі хвилеводу. Плазмова щільність для всіх досліджених випадків була настільки низькою, що плазмова частота була меншa, ніж частота основної діелектричної моди. Результати чисельного PIC-моделювання показали можливість одночасного прискорення й фокусування тестового позитронного згусткa в кільватерному полі. Найкраще прискорення відбувається у випадку відсутності плазми, однак при цьому відсутнє й фокусування тестового згусткa позитронів.

Приведены результаты численного PIC-моделирования фокусировки тестового позитронного и драйверного электронного сгустков в диэлектрическом волноводе, заполненном радиально-неоднородной плазмой с вакуумным каналом. Кильватерное поле возбуждалось электронным сгустком в кварцевой диэлектрической трубке, вставленной в цилиндрический металлический волновод. Внутренняя область диэлектрической трубки была заполнена плазмой с различными поперечными профилями плотности, неоднородными по радиусу с вакуумным каналом вдоль оси волновода. Плазменная плотность для всех исследованных случаев была настолько низкой, что плазменная частота была меньше, чем частота основной диэлектрической моды. Результаты численного PIC-моделирования показали возможность одновременного ускорения и фокусировки тестового позитронного сгустка в кильватерном поле. Наилучшее ускорение происходит в случае отсутствия плазмы, однако при этом отсутствует фокусировка тестового сгустка позитронов.