We present a new method to determine the electron density of a plasma by measuring the periodicity of modulations introduced to the longitudinal phase space of a relativistic particle bunch by the interaction with the plasma via the self-modulation instability. As the modulation is solely depending on the plasma density and the beam parameters, this method allows to determine the time-resolved density of a plasma at the position of beam passage, which is confirmed in particle-in-cell simulations. Densities in the range of 3.6 × 1012 cm−3 – 7.2 × 1015 cm−3 have been measured and the measurement accuracy is confirmed by comparison to spectroscopic plasma density measurements.
本論文では、相対論的粒子バンチの縦位相空間に自己変調不安定性とプラズマとの相互作用によって導入される変調の周期性を測定することにより、プラズマの電子密度を決定する新しい方法を提示する。この変調はプラズマ密度とビームパラメータのみに依存するため、本方法はビーム通過位置におけるプラズマ密度の時間分解測定を可能にし、これは粒子インセルシミュレーションによって確認される。3.6 × 10¹² cm⁻³ から 7.2 × 10¹⁵ cm⁻³ の範囲の密度が測定され、その測定精度は分光学的プラズマ密度測定との比較によって確認される。