Heavy ion beam drivers, due to their high kinetic energy, offer the potential for transferring a large amount of energy to the witness beam. Limited by the relatively low velocity of heavy ion, the dephasing length is short leading to a low energy gain of the witness beam. The conventional method that linearly increasing the plasma density is ineffective because the mismatch between the RMS beam radius and plasma skin depth will make the wakefield degrade or even disappear. In this paper, we propose a method that periodically increases and decreases the plasma density to switch the witness beam between different accelerating phases, allowing it to shift between adjacent accelerating cavities. Using this method, electrons can be accelerated up to 1.34 GeV in a distance of 1.17 m, with an energy spread of 1.1%. This method helps maintain the structure of wakefield and increase the energy transfer efficiency. It provides a potential route for generating high energy, high intensity electron beams and offers a feasible path for future heavy ion driven plasma wakefield acceleration experiments.
重イオンビーム駆動は、その高い運動エネルギーにより、ウィットネスビームに大量のエネルギーを転送する可能性を提供する。重イオンの速度が比較的低いことに制限され、脱位相長は短く、ウィットネスビームのエネルギー利得は低くなる。プラズマ密度を線形に増加させる従来法は、RMSビーム半径とプラズマ表皮深さの不整合がウェイクフィールドを劣化させ、あるいは消失させてしまうため、効果的ではない。本論文では、プラズマ密度を周期的に増減させ、ウィットネスビームを異なる加速位相間で切り替え、隣接する加速空洞間を移動させる方法を提案する。この方法を用いると、電子は1.17 mの距離で最大1.34 GeVまで加速され、エネルギー広がりは1.1%である。この方法は、ウェイクフィールドの構造を維持し、エネルギー転送効率を高めるのに役立つ。これは、高エネルギー・高強度の電子ビームを生成するための潜在的な経路を提供し、将来の重イオン駆動プラズマウェイクフィールド加速実験のための実現可能な道を提供する。