Plasma-based charged particle accelerators have been intensively investigated in the past three decades due to their capability to open up new horizons in accelerator science and particle physics yielding electric field accelerating gradient more than three orders of magnitudes higher than in conventional devices. At the current stage the most advanced and reliable mechanism for accelerating electrons is based on the propagation of an intense laser pulse or a relativistic electron beam in a low density gaseous target. In this paper we concentrate on the electron beam-driven plasma wake-field acceleration and demonstrate using 3D PiC simulations that a train of electron micro-bunches with ∼10 fs period can be generated behind the driving beam propagating in a density down-ramp. We will discuss the conditions and properties of the micro-bunches generated aiming at understanding and study of multi-bunch mechanism of injection. It is show that the periodicity and duration of micro-bunches can be controlled by adjusting the plasma density gradient and driving beam charge.
プラズマベースの荷電粒子加速器は、加速器科学と素粒子物理学に新たな地平を切り開く可能性を有することから、過去30年にわたり精力的に研究されてきた。その電場加速勾配は、従来の装置よりも3桁以上高い。現段階において、電子を加速する最も先進的かつ信頼性の高いメカニズムは、高強度レーザーパルスまたは相対論的電子ビームを低密度の気体ターゲット中を伝搬させることに基づいている。本論文では、電子ビーム駆動のプラズマ航跡場加速に焦点を当て、密度ダウンランプ中を伝搬する駆動ビームの後方に、約10 fs周期の電子マイクロバンチ列が生成され得ることを3次元PiCシミュレーションを用いて実証する。我々は、多バンチ入射機構の理解と研究を目的として、生成されるマイクロバンチの条件と特性について考察する。プラズマ密度勾配と駆動ビーム電荷を調整することにより、マイクロバンチの周期性と持続時間を制御できることが示される。