Acceleration of electrons to the 100 GeV range in laser wakefield accelerators using multi-petawatt lasers is numerically modelled. It is demonstrated that an externally injected electron bunch with an initial energy of 50 MeV can achieve an energy gain of 100 GeV in the weakly non-linear regime of laser wakefield acceleration. The guiding of the laser is achieved by a plasma channel having a parabolic radial density profile. A comparative study of plasma channels (matched and unmatched) is performed to investigate the sensitivity of electron acceleration to the matching condition in this regime. It is found that unmatched channels restrict energy gain to ∼60 GeV and lead to radial loss of injected charge due to the oscillation of the spot size of the laser inside the channels.
レーザー航跡場加速器におけるマルチペタワットレーザーを用いた電子の100 GeV領域への加速が数値的にモデル化される。外部から入射された初期エネルギー50 MeVの電子バンチが、レーザー航跡場加速の弱非線形領域において100 GeVのエネルギー利得を達成できることが実証される。レーザーの導波は、放物線状の動径密度分布を有するプラズマチャネルによって達成される。整合および非整合のプラズマチャネルの比較研究が、この領域における電子加速の整合条件に対する感度を調査するために実施される。非整合チャネルでは、チャネル内部でのレーザースポットサイズの振動により、エネルギー利得が約60 GeVに制限され、入射電荷の動径方向の損失が生じることが見出される。