Plasma-based deceleration could greatly improve the overall compactness of accelerator facilities. In the so-called passive plasma beam dump, collective oscillations of plasma electrons are used to absorb kinetic energy of spent high-energy electron beams. Moreover, due to the high-amplitude decelerating gradient and the low-density plasma medium, deceleration is achieved in a compact and safer way, if compared to conventional beam dumps. Adoption of this novel decelerating scheme might be critical for facilities aiming for high-energy, high-repetition-rates, as well as for transportable applications built upon plasma-based accelerator technology. However, key issues such as, for example, particle re-acceleration, need to be addressed. In this work, tailored plasma-density profiles are used to shift the defocusing phase of the beam self-driven transverse wakefield towards re-accelerated beam particles, and transversely eject them. PIC simulations are used to evaluate the total beam energy, energy deposited in the plasma, and energy transversely ejected, for each of the investigated plasma density profiles. Moreover, the average energy per ejected particle is estimated for each case. In particular, it is shown that the energy of ejected particles is affected by the rate at which the plasma wavelength decreases, since it determines the time that particles experience re-acceleration before being defocused.
プラズマベースの減速は、加速器施設の全体的なコンパクト性を大幅に向上させ得る。いわゆる受動的プラズマビームダンプでは、プラズマ電子の集団振動を利用して、使用済み高エネルギー電子ビームの運動エネルギーを吸収する。さらに、高振幅の減速勾配と低密度のプラズマ媒質により、従来のビームダンプと比較して、コンパクトかつ安全な方法で減速が達成される。この新規な減速方式の採用は、高エネルギー・高繰り返し率を目指す施設や、プラズマベースの加速技術に基づく可搬型応用にとって重要となり得る。しかしながら、粒子の再加速などの主要な課題に対処する必要がある。本研究では、テーラーメイドのプラズマ密度分布を用いて、ビーム自己駆動の横方向航跡場のデフォーカス位相を、再加速される粒子に向けてシフトさせ、それらを横方向に排出する。PICシミュレーションを用いて、調査した各プラズマ密度分布について、総ビームエネルギー、プラズマに堆積したエネルギー、および横方向に排出されたエネルギーを評価する。さらに、各ケースについて、排出された粒子あたりの平均エネルギーを見積もる。特に、排出された粒子のエネルギーは、プラズマ波長が減少する速度に影響されることが示される。なぜなら、その速度が、粒子がデフォーカスされる前に再加速を受ける時間を決定するからである。