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双束平行入射电子束引导的自注入电子加速效果的研究

张枫 黄硕 李晓锋 余芹 顾彦珺 孔青

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双束平行入射电子束引导的自注入电子加速效果的研究

张枫, 黄硕, 李晓锋, 余芹, 顾彦珺, 孔青

Effect of self-injected electrons driven by paralleled drive electron bunches

Zhang Feng, Huang Shuo, Li Xiao-Feng, Yu Qin, Gu Yan-Jun, Kong Qing
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  • 在粒子束引导的等离子尾波场加速机制中,为了加速电子获得最大能量,大量研究集中于改变单束牵引粒子束的线度、形状、电荷性质等参数. 综合考虑已有的实验结果,本文提出了一种相比于单束电子牵引更为有效的加速方式,利用双束平行电子束来加速自注入的电子. 通过2.5维粒子程序模拟,发现在牵引电子束具有相同能量、电量、尺寸的条件下,通过双束平行电子束加速得到的电子具有长程加速、高能和准单能性的特性. 同时在空泡内形成了一束独特的回流电子,进一步使得自注入电子具有更好的准直性.
    In the case of wake field acceleration driven by charged particle bunches, many researchers focused on adjusting parameters such as magnitude, shape and electrical properties to amplify the maximum energy which drives electrons. Comprehensively considering the existing studies, in the paper we propose a new method of acceleration in which paralleled bunches are used to excite plasma wake field and trap self-injected electrons. It is proved to be more efficient than using single drive beam. With 2.5D PIC code, the driven electrons accelerated by paralleled bunches are found to possess the advantages of acceleration in longer distance, higher energy and better quasimonoenergy. Moreover, a bunch of backflow electrons is observed in the bubble, which makes self-injected electrons well collimated.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11175048)、上海市自然科学基金(批准号:11ZR1402700)、上海市教委科研创新重点项目(批准号:12ZZ011)和上海市重点学科(批准号:B107)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11175048), the Shanghai Natural Science Foundation, China (Grant No. 11ZR1402700), the Key Project of Shanghai Innovation Scientific Research Program, China (Grant No. 12ZZ011), and the Leading Academic Discipline Project of Shanghai, China (Grant No. B107).
    [1]

    Sheng Z M, Zhang J 2006 Progress in Nature Science 16 781 (in Chinese) [盛政明, 张杰 2006 自然科学进展 16 781]

    [2]

    Zhou G C, Li Y, Cao J B, Wang X Y 1998 Chin. Phys. Lett. 15 895

    [3]

    Ma J Y, Qiu X J, Zhu Z Y 2004 Chin. Phys. 13 373

    [4]

    Su D, Tang C J 2012 Acta Phys. Sin. 61 042501 (in Chinese) [苏东, 唐昌建 2012 61 042501]

    [5]

    Xu Z Z, Ma J X 1988 Acta Phys. Sin. 37 735 (in Chinese) [徐至展, 马锦秀 1988 37 735]

    [6]

    Chang W W, Zhang L F, Shao F Q 1991 Acta Phys. Sin. 40 182 (in Chinese) [常文蔚, 张立夫, 邵福球 1991 40 182]

    [7]

    Zhang H O, Wang K, Wang G L 2007 High Power Laser And Particle Beams 19 2039 (in Chinese) [张海鸥, 王琨, 王桂兰 2007 强激光与粒子束 19 2039]

    [8]

    Muggli P 2004 Phys. Rev. Lett. 93 014802

    [9]

    Esarey E, Sprangle P, Krall J, Ting A 1996 IEEE Trans. Plasma Sci. 24 252

    [10]

    Xu H, Chang W W, Yin Y, Zhuo H B 2004 Acta Phys. Sin. 53 171 (in Chinese) [徐涵, 常文蔚, 银燕, 卓红斌 2004 53 171]

    [11]

    Bane K L, Chen P, Wilson P B 1985 Report No. SLACPUB-3662

    [12]

    Katsouleas T 1986 Phys. Rev. A 33 2056

    [13]

    Bane K L, Chen P, Wilson P B 1985 IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 3524

    [14]

    Schutt P, Weiland T, Tsakanov V M 1990 Proceedings of the Second All-Union Conference on New Methods of Charged Particle Acceleration Yerevan, USSR, October 19, 1989 pp12–17

    [15]

    Blumenfeld I 2007 Nature Phys. 445 05538

    [16]

    Ruggiero A G, Schoessow P, Simpson J 1986 AIP Conf. Proc. 165 247

    [17]

    Xu H, Sheng Z M, Zhang J 2007 Acta Phys. Sin. 56 968 (in Chinese) [徐慧, 盛政明, 张杰 2007 56 968]

    [18]

    Kalmykov S Y, Beck A, Yi S A 2011 Phys. Plasma 18 056704

    [19]

    Rosenzweig J 1989 Phys. Rev. A 39 1586

    [20]

    Wang G H, Wang X F, Dong K G 2012 Acta Phys. Sin. 61 165201 (in Chinese) [王广辉, 王晓方, 董克攻 2012 61 165201]

    [21]

    Zhou D F, Ma Y Y 2011 High Power Laser and Particle Beams 23 392 (in Chinese) [周东方, 马燕云 2011 强激光与粒子束 23 392]

    [22]

    Lotov K V 2010 Phys. Rev. ST Accel. Beams 13 041301

    [23]

    Caldwell A, Lotov K, Pukhov K, Simon F 2009 Nature Phys. 5 363

    [24]

    Zheng C Y, Wang W M 2006 Acta Phys. Sin. 55 310 (in Chinese) [郑春阳, 王伟民 2006 55 310]

    [25]

    Zhuo H B, Hu Q F, Liu J, Chi L H, Zhang W Y 2005 Acta Phys. Sin. 54 197 (in Chinese) [卓红斌, 胡庆丰, 刘 杰, 迟利华, 张文勇 2005 54 197]

    [26]

    Lu W 2007 Phys. Rev. ST Accel. Beams 10 061301

    [27]

    Gordienko S, Pukhov A 2005 Physics of Plasmas 12 043109

  • [1]

    Sheng Z M, Zhang J 2006 Progress in Nature Science 16 781 (in Chinese) [盛政明, 张杰 2006 自然科学进展 16 781]

    [2]

    Zhou G C, Li Y, Cao J B, Wang X Y 1998 Chin. Phys. Lett. 15 895

    [3]

    Ma J Y, Qiu X J, Zhu Z Y 2004 Chin. Phys. 13 373

    [4]

    Su D, Tang C J 2012 Acta Phys. Sin. 61 042501 (in Chinese) [苏东, 唐昌建 2012 61 042501]

    [5]

    Xu Z Z, Ma J X 1988 Acta Phys. Sin. 37 735 (in Chinese) [徐至展, 马锦秀 1988 37 735]

    [6]

    Chang W W, Zhang L F, Shao F Q 1991 Acta Phys. Sin. 40 182 (in Chinese) [常文蔚, 张立夫, 邵福球 1991 40 182]

    [7]

    Zhang H O, Wang K, Wang G L 2007 High Power Laser And Particle Beams 19 2039 (in Chinese) [张海鸥, 王琨, 王桂兰 2007 强激光与粒子束 19 2039]

    [8]

    Muggli P 2004 Phys. Rev. Lett. 93 014802

    [9]

    Esarey E, Sprangle P, Krall J, Ting A 1996 IEEE Trans. Plasma Sci. 24 252

    [10]

    Xu H, Chang W W, Yin Y, Zhuo H B 2004 Acta Phys. Sin. 53 171 (in Chinese) [徐涵, 常文蔚, 银燕, 卓红斌 2004 53 171]

    [11]

    Bane K L, Chen P, Wilson P B 1985 Report No. SLACPUB-3662

    [12]

    Katsouleas T 1986 Phys. Rev. A 33 2056

    [13]

    Bane K L, Chen P, Wilson P B 1985 IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 3524

    [14]

    Schutt P, Weiland T, Tsakanov V M 1990 Proceedings of the Second All-Union Conference on New Methods of Charged Particle Acceleration Yerevan, USSR, October 19, 1989 pp12–17

    [15]

    Blumenfeld I 2007 Nature Phys. 445 05538

    [16]

    Ruggiero A G, Schoessow P, Simpson J 1986 AIP Conf. Proc. 165 247

    [17]

    Xu H, Sheng Z M, Zhang J 2007 Acta Phys. Sin. 56 968 (in Chinese) [徐慧, 盛政明, 张杰 2007 56 968]

    [18]

    Kalmykov S Y, Beck A, Yi S A 2011 Phys. Plasma 18 056704

    [19]

    Rosenzweig J 1989 Phys. Rev. A 39 1586

    [20]

    Wang G H, Wang X F, Dong K G 2012 Acta Phys. Sin. 61 165201 (in Chinese) [王广辉, 王晓方, 董克攻 2012 61 165201]

    [21]

    Zhou D F, Ma Y Y 2011 High Power Laser and Particle Beams 23 392 (in Chinese) [周东方, 马燕云 2011 强激光与粒子束 23 392]

    [22]

    Lotov K V 2010 Phys. Rev. ST Accel. Beams 13 041301

    [23]

    Caldwell A, Lotov K, Pukhov K, Simon F 2009 Nature Phys. 5 363

    [24]

    Zheng C Y, Wang W M 2006 Acta Phys. Sin. 55 310 (in Chinese) [郑春阳, 王伟民 2006 55 310]

    [25]

    Zhuo H B, Hu Q F, Liu J, Chi L H, Zhang W Y 2005 Acta Phys. Sin. 54 197 (in Chinese) [卓红斌, 胡庆丰, 刘 杰, 迟利华, 张文勇 2005 54 197]

    [26]

    Lu W 2007 Phys. Rev. ST Accel. Beams 10 061301

    [27]

    Gordienko S, Pukhov A 2005 Physics of Plasmas 12 043109

  • [1] 付瑜亮, 杨涓, 王彬, 胡展, 夏旭, 牟浩. 2 cm电子回旋共振离子源猝灭现象模拟.  , 2022, 71(8): 085203. doi: 10.7498/aps.71.20212151
    [2] 夏旭, 杨涓, 耿海, 吴先明, 付瑜亮, 牟浩, 谈人玮. 不同磁路下微型ECR中和器电子引出的模拟研究.  , 2022, 71(4): 045201. doi: 10.7498/aps.71.20211519
    [3] 夏旭, 杨涓, 耿海, WU Xian-Ming, 付瑜亮, 牟浩, 谈人玮. 不同磁路下微型ECR中和器电子引出的模拟研究.  , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211519
    [4] 夏旭, 杨涓, 付瑜亮, 吴先明, 耿海, 胡展. 2 cm电子回旋共振离子推力器离子源中磁场对等离子体特性与壁面电流影响的数值模拟.  , 2021, 70(7): 075204. doi: 10.7498/aps.70.20201667
    [5] 杜报, 蔡洪波, 张文帅, 陈京, 邹士阳, 朱少平. Weibel不稳定性自生电磁场对探针质子束的偏转作用研究.  , 2019, 68(18): 185205. doi: 10.7498/aps.68.20190775
    [6] 杨思谦, 周维民, 王思明, 矫金龙, 张智猛, 曹磊峰, 谷渝秋, 张保汉. 通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应.  , 2017, 66(18): 184101. doi: 10.7498/aps.66.184101
    [7] 王宬朕, 董全力, 刘苹, 吴奕莹, 盛政明, 张杰. 激光等离子体中高能电子各向异性压强的粒子模拟.  , 2017, 66(11): 115203. doi: 10.7498/aps.66.115203
    [8] 尹传磊, 王伟民, 廖国前, 李梦超, 李玉同, 张杰. 超强圆偏振激光直接加速产生超高能量电子束.  , 2015, 64(14): 144102. doi: 10.7498/aps.64.144102
    [9] 陈兆权, 殷志祥, 陈明功, 刘明海, 徐公林, 胡业林, 夏广庆, 宋晓, 贾晓芬, 胡希伟. 负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟.  , 2014, 63(9): 095205. doi: 10.7498/aps.63.095205
    [10] 张国博, 马燕云, 邹德滨, 卓红斌, 邵福球, 杨晓虎, 葛哲屹, 余同普, 田成林, 欧阳建明, 赵娜. 激光脉冲的横向波形对弓形波电子俘获的影响.  , 2013, 62(12): 125205. doi: 10.7498/aps.62.125205
    [11] 陈兆权, 夏广庆, 刘明海, 郑晓亮, 胡业林, 李平, 徐公林, 洪伶俐, 沈昊宇, 胡希伟. 气体压强及表面等离激元影响表面波等离子体电离发展过程的粒子模拟.  , 2013, 62(19): 195204. doi: 10.7498/aps.62.195204
    [12] 邹德滨, 卓红斌, 邵福球, 银燕, 马燕云, 田成林, 徐涵, 欧阳建明, 谢翔云, 陈德鹏. 单束激光脉冲俘获及放大机理的理论分析与数值模拟研究.  , 2012, 61(4): 045202. doi: 10.7498/aps.61.045202
    [13] 黄传禄, 丁耀根, 王勇. 双间隙耦合腔电子电导的理论与计算仿真.  , 2011, 60(12): 128401. doi: 10.7498/aps.60.128401
    [14] 金晓林, 黄桃, 廖平, 杨中海. 电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟.  , 2009, 58(8): 5526-5531. doi: 10.7498/aps.58.5526
    [15] 宋法伦, 张永辉, 向 飞, 常安碧. 强流电子束碰撞电离背景气体研究.  , 2008, 57(3): 1807-1812. doi: 10.7498/aps.57.1807
    [16] 金晓林, 杨中海. 电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅰ)——物理模型与理论方法.  , 2006, 55(11): 5930-5934. doi: 10.7498/aps.55.5930
    [17] 金晓林, 杨中海. 电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅱ)——数值模拟与结果讨论.  , 2006, 55(11): 5935-5941. doi: 10.7498/aps.55.5935
    [18] 巩华荣, 宫玉彬, 魏彦玉, 唐昌建, 薛东海, 王文祥. 考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟.  , 2006, 55(10): 5368-5374. doi: 10.7498/aps.55.5368
    [19] 郑春阳, 刘占军, 李纪伟, 张爱清, 裴文兵. 无碰撞等离子体中电子束流不稳定性的时空演化研究.  , 2005, 54(5): 2138-2146. doi: 10.7498/aps.54.2138
    [20] 简广德, 董家齐. 环形等离子体中电子温度梯度不稳定性的粒子模拟.  , 2003, 52(7): 1656-1662. doi: 10.7498/aps.52.1656
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-08-04
  • 修回日期:  2013-09-04
  • 刊出日期:  2013-12-05

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