управляемая инжекция электронов при опрокидывании

XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11 – 15 февраля 2008 г.
УПРАВЛЯЕМАЯ ИНЖЕКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ ОПРОКИДЫВАНИИ
КИЛЬВАТОРНОЙ ВОЛНЫ НА ГРАДИЕНТЕ ПЛОТНОСТИ
Брантов А.В., Быченков В.Ю., *Буланов С.В., *Эсиркепов Т.Ж.
Физический институт РАН им. П.Н. Лебедева, Москва, Россия, brantov@sci.lebedev.ru
*
Kansai Photon Science Institute, Japan Atomic Energy Agency, Kyoto, 619-0215 Japan
Концепция лазерного ускорителя на кильватерной плазменной волне [1] является одной из
самых многообещающих для создания компактного источника высокоэнергетичных
электронов. Правильно впрыснутые электроны ускоряются до ультрарелятивистских энергий
полем кильватерной волны, создаваемой мощными короткими лазерными импульсами. При
этом для получения электронного пучка высокого качества требуется очень точная инжекция
электронов в ускоряющей фазе поля плазменной волны, что достигается либо внешним
впрыском пучка электронов, либо их самоинжекцией вследствие продольного или
поперечного опрокидывания кильватерной волны. Самоинжекция электронов также
возможна на неоднородностях плазмы с градиентом плотности вдоль направления
распространения лазерного импульса. Возможность регулирования самоинжекцией
электронов является важным фактором для практического использования лазерного
ускорителя на кильватерной волне. Для реализации управляемой самоинжекии электронов
были предложены две схемы впрыска электронов с помощью опрокидывания кильваторной
волны либо на плавно убывающем градиенте плотности плазмы [2], возникающего из-за
локального уменьшения фазовой скорости кильваторной волны, либо на резкой границе,
разделяющей плазмы с различной плотностью [3], и являющегося следствием
перемешивания фазовых скоростей электронов на границе.
В этом докладе с
использованием двумерного численного моделирования мы проанализировали возможность
захвата кильватерным полем электронов, впрыснутых на градиенте неоднородности плазмы,
и эффективность их последующего ускорения. Было показано, что впрыск электронов на
резком градиенте плотности не всегда приводит к захвату частиц в ускоряющей фазе
кильватерного поля. Был найден оптимальный режим для ускорения электронов,
впрыснутых на убывающем градиенте плотности, приводящий к моноэнергетическому пучку
частиц, ускоренному до релятивистских энергий в однородной плазме, расположенной за
оптимальным градиентом плотности. Были получены энергетические спектры ускоренных
электронов, и проанализированы пространственные и угловые характеристики пучка.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант № 06-02-16103).
Литература
[1]. T. Tajima, J.M. Dawson, Laser Electron Accelerator // Phys. Rev. Lett. 1979 V. 43, P. 267.
[2]. S.V. Bulanov, N. Naumova, F. Pegoraro, J. Sakai Particle injection into the wave
acceleration phase due to nonlinear wake wave breaking // Phys. Rev. E 1998 V. 58, P.
R5257.
[3]. H. Suk, N. Barov, J.B. Rosenzweig, E. Esarey Plasma Electron Trapping and Acceleration in
a PlasmaWake Field Using a Density Transition // Phys. Rev. Lett. 2001 V. 86, P. 1011.
1