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Proton beam self-modulation seeded by electron bunch in plasma with density ramp

K V Lotov, V A Minakov2020年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Seeded self-modulation in a plasma can transform a long proton beam into a train of micro-bunches that can excite a strong wakefield over long distances, but this needs the plasma to have a certain density profile with a short-scale ramp up. For the parameters of the AWAKE experiment at CERN we numerically study which density profiles are optimal if the self-modulation is seeded by a short electron bunch. With the optimal profiles, it is possible to 'freeze' the wakefield at approximately half the wavebreaking level. High-energy electron bunches (160 MeV) are less efficient seeds than low-energy ones (18 MeV), because the wakefield of the former lasts longer than necessary for efficient seeding.

日本語訳

プラズマ中のシード自己変調は、長い陽子バンチをマイクロバンチの列に変換することができ、これにより長距離にわたって強い航跡場を励起することが可能となるが、そのためにはプラズマが短いスケールのランプアップを伴う特定の密度プロファイルを持つ必要がある。CERNにおけるAWAKE実験のパラメータについて、短い電子バンチによって自己変調がシードされる場合に最適な密度プロファイルを数値的に研究した。最適なプロファイルを用いれば、航跡場を波破壊レベルの約半分で「凍結」することが可能である。高エネルギーの電子バンチ(160 MeV)は、低エネルギーのもの(18 MeV)よりもシードとして効率が低い。なぜなら、前者の航跡場は効率的なシーディングに必要な期間よりも長く持続するためである。

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