项目名称: 相对论长质子束在等离子体中激发的自调制不稳定性及尾波场

项目编号: No.11305024

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 胡章虎

作者单位: 大连理工大学

项目金额: 30万元

中文摘要: 基于等离子体的加速器由于具有加速梯度大、加速距离短等优点正受到国内外学者的广泛关注。目前相关的等离子体加速实验已经获得了GeV能量的电子束,而要获得TeV能量的电子束则仍存在一些挑战。采用TeV能量的质子束驱动等离子体尾波场加速是目前通过一次等离子体密度段加速获得TeV能量电子束的一个重要途径。本研究针对质子束驱动等离子体尾波场加速,采用理论模型以及粒子模拟方法,研究相对论长质子束在等离子体中激发自调制不稳定性以及尾波场情况。将重点探讨外加纵向磁场(磁场方向沿质子束运动方向)、等离子体不均匀性以及束参数对自调制不稳定性、尾波场及电子束能量增益的影响,期望研究结果能为等离子体尾波场加速以及TeV能量电子束的获得提供一定的理论支持。

中文关键词: 质子束;尾波场;不稳定性;粒子模拟;等离子体

英文摘要: Plasma-based accelerators (PBA) have attracted considerable attention owing to the ultrahigh field gradients sustainable in an electron plasma wave and short acceleration distances. Significant process has been made in PBA over the past years and electrons in GeV energy regime can be achieved now. However, on the path towards the TeV energy range, one still has to slove many problems. Plasma wakefield acceleration driven by existing TeV proton beams is now considered to be a very attractive approach for accelerating electron beams to TeV energy regime in a single plasma stage. In this research, with theoretical model and particle-in-cell (PIC) simulation method, we will investigate the self-modulation instability and wakefield excited in background plasmas by long relativistic proton beams for the application of proton driven plasma wakefield acceleration. Special attention will be paid on the influences of external applied magnetic fields (directed along the propagation direction of proton beam), plasma inhomogeneity and beam parameters on the self-modulation instability, wakefield and energy gain of the electron beam. The results of the project are expected to provide some theoretical support for plasma wakefield acceleration and the achievement of TeV electron beams.

英文关键词: proton beam;wakefield;instability;particle simulation;plasma

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