In plasma wakefield accelerators, the wave excited in the plasma eventually breaks and leaves behind slowly changing fields and currents that perturb the ion density background. We study this process numerically using the example of a Facility for Advanced aCcelerator Experimental Tests (FACET) experiment where the wave is excited by an electron bunch in the bubble regime in a radially bounded plasma. Four physical effects underlie the dynamics of ions: (1) attraction of ions toward the axis by the fields of the driver and the wave, resulting in formation of a density peak, (2) generation of ion-acoustic solitons following the decay of the density peak, (3) positive plasma charging after wave breaking, leading to acceleration of some ions in the radial direction, and (4) plasma pinching by the current generated during the wave-breaking. The interplay of these effects results in the formation of various radial density profiles, which are difficult to produce in any other way.
プラズマ航跡場加速器において、プラズマ中に励起された波は最終的に崩壊し、ゆっくりと変化する電場と電流を残して、イオン密度の背景を擾乱する。我々はこの過程を、半径方向に境界のあるプラズマ中で電子バンチによって波がバブル領域に励起される、先端加速器実験試験施設（FACET）の実験を例として数値的に研究する。イオンのダイナミクスには4つの物理的効果が関与する：（1）ドライバーと波の電場によるイオンの軸方向への引き寄せと、それに続く密度ピークの形成、（2）密度ピークの崩壊に続くイオン音響ソリトンの生成、（3）波の崩壊後の正のプラズマ帯電と、それによる一部のイオンの半径方向への加速、（4）波の崩壊中に生成される電流によるプラズマのピンチ効果。これらの効果の相互作用により、他の方法では生成が困難な様々な半径方向密度プロファイルが形成される。