One of the most important features of plasma-based accelerators is their compactness because plasma modules can have dimensions of the order of mm , providing very high-accelerating fields up to hundreds of GV . The main challenge regarding this type of acceleration lies in controlling and characterising the plasma itself, which then determines its synchronisation with the particle beam to be accelerated in an external injection stage in the laser wakefield acceleration (LWFA) scheme. This issue has a major influence on the quality of the accelerated bunches. In this work, a complete characterisation and optimisation of plasma targets available at the SPARC_LAB laboratories is presented. Two plasma-based devices are considered: supersonic nozzles for experiments adopting the self-injection scheme of laser wakefield acceleration and plasma capillary discharge for both particle and laser-driven experiments. In the second case, a wide range of plasma channels, gas injection geometries and discharge voltages were extensively investigated as well as studies of the plasma plumes exiting the channels, to control the plasma density ramps. Plasma density measurements were carried out for all the different designed plasma channels using interferometric methods in the case of gas jets, spectroscopic methods in the case of capillaries.
プラズマベースの加速器の最も重要な特徴の一つは、そのコンパクトさである。なぜなら、プラズマモジュールはミリメートルオーダーの寸法を持ちながら、数百GV/mに及ぶ非常に高い加速勾配を提供できるからである。この種の加速における主な課題は、プラズマ自体の制御と特性評価にあり、それがレーザー航跡場加速（LWFA）方式における外部入射段階での粒子ビームとの同期を決定づける。この問題は、加速されたバンチの品質に大きな影響を与える。本研究では、SPARC_LAB研究所で利用可能なプラズマターゲットの完全な特性評価と最適化を提示する。レーザー航跡場加速の自己入射方式を採用した実験用の超音速ノズルと、レーザー駆動および粒子駆動の両方の実験のためのプラズマキャピラリ放電という、2つのプラズマベースデバイスを検討する。後者の場合、プラズマチャネル、ガス注入形状、放電電圧の広範な範囲が詳細に調査され、チャネルから流出するプラズマプルームの研究も行われ、プラズマ密度勾配を制御することを目的とした。プラズマ密度測定は、設計されたすべての異なるプラズマチャネルに対して実施され、ガスジェットの場合には干渉計法が、キャピラリの場合には分光法が用いられた。