A plasma cell prototype for the plasma wakefield accelerator experiment AWAKE based on a helicon discharge is presented. In the 1 m long prototype module a multiple antenna helicon discharge with an rf power density of 100 MW m−3 is established. Based on the helicon dispersion relation, a linear scaling of plasma density with magnetic field is observed for rf frequencies above the lower hybrid frequency, ωLH ≤ 0.8ωrf. Density profiles are highest on the device axis and show shallow radial gradients, thus providing a relatively constant plasma density in the center over a radial range of Δr ≈ 10 mm with less than 10% variation. Peak plasma densities up to 7 × 1020 m−3 are transiently achieved with a reproducibility that is sufficient for AWAKE. The results are in good agreement with power balance calculations.
ヘリコン放電に基づくプラズマ航跡場加速器実験AWAKE用プラズマセル原型について述べる。長さ1 mの原型モジュールにおいて、RFパワー密度100 MW m⁻³のマルチアンテナヘリコン放電が確立される。ヘリコン分散関係に基づき、RF周波数が下ハイブリッド周波数以上（ωLH ≤ 0.8ωrf）の場合、プラズマ密度の磁場に対する線形スケーリングが観測される。密度分布は装置軸上で最大となり、浅い動径勾配を示すことから、中心部では動径範囲Δr ≈ 10 mmにわたり10%未満の変動で比較的一定のプラズマ密度が得られる。ピークプラズマ密度は最大7 × 10²⁰ m⁻³まで過渡的に達成され、その再現性はAWAKEにとって十分である。これらの結果はパワーバランス計算とよく一致する。