تعداد نشریات | 25 |
تعداد شمارهها | 932 |
تعداد مقالات | 7,652 |
تعداد مشاهده مقاله | 12,493,068 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,884,743 |
مقالۀ پژوهشی: شبیهسازی ذرهای دوبعدی شتاب الکترون در برهمکنش پالس لیزری کوتاه با پلاسمای دارای رمپ چگالی در رژیم حبابی | ||
فیزیک کاربردی ایران | ||
دوره 13، شماره 4 - شماره پیاپی 35، دی 1402، صفحه 57-69 اصل مقاله (1.72 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22051/ijap.2023.42964.1314 | ||
نویسنده | ||
آمنه کارگریان* | ||
استادیار، پژوهشکده پلاسما و گداخت هستهای، پژوهشگاه علوم و فنون هستهای، تهران، ایران | ||
چکیده | ||
در این مقاله، با استفاده از شبیهسازی ذرهای دوبعدی پلاسما، شتاب الکترون در رژیم حبابی در اثر برهمکنش پالس لیزری پرشدت کوتاه با یک پلاسمای رقیق دارای رمپ چگالی مورد بررسی قرار گرفته است. در اثر نیروی پاندرماتیو لیزری، موج پلاسمایی و میدان الکتریکی متناظر با آن در پلاسما تشکیل میشود. الکترونهای تزریق شده در ناحیهی متمرکزکننده و شتابدهنده موج پلاسمایی میتوانند از موج انرژی گرفته و تا انرژیهایی از مرتبه گیگالکترونولت شتاب داده شوند. نتایج شبیهسازی ذرهای دوبعدی نشان میدهد با افزایش شیب چگالی پلاسما، سرعت فاز موج پلاسمایی ایجاد شده افزایش و طول موج متناظر با آن کاهش مییابد. این امر موجب جابجایی ناحیهی متمرکزکننده و شتابدهنده موج پلاسمایی و در نهایت افزایش طول شتاب در فرآیند شتابدهی الکترون میگردد. با در نظر گرفتن پالس لیزری با دامنه شدت بدونبعد ، پهنای پالس و پلاسما با رمپ چگالی به طول ، میدان الکتریکی شتابدهنده متناظر با موج پلاسمایی با دامنهی بدست آمد. نتایج بدست آمده میتواند در انتخاب پروفایل مناسبِ چگالی پلاسما در طراحی سامانهی شتابدهنده لیزر- پلاسما برای دستیابی به انرژیهایی از مرتبه گیگاالکترونولت در زمانهای کوتاه دارای اهمیت باشد. | ||
کلیدواژهها | ||
شبیهسازی ذرهای دو بعدی؛ رمپ چگالی پلاسما؛ موج دنباله | ||
عنوان مقاله [English] | ||
Research Paper: 2D PIC Simulation of Electron Acceleration in Interaction of Short Laser Pulse with Plasma Having a Density Ramp in Bubble Regime | ||
نویسندگان [English] | ||
Ameneh Kargarian | ||
Assistant Professor, Plasma and Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran | ||
چکیده [English] | ||
In this paper, using 2D PIC simulation, the electron acceleration in the bubble regime has been investigated in the interaction of a short high-power laser pulse with an underdense plasma with a density ramp. Due to the laser pondermotive force, a plasma wave and its corresponding electric field are formed in the plasma. The electrons injected in the focusing and acceleration region of the plasma wave field can get energy from the wave and are accelerated to high energies of the Giga-electron-Volt range. The simulation results show that with increasing the plasma density gradient, the phase speed of the generated plasma wave increases, and the corresponding wavelength decreases. This causes the displacement of the plasma wave focusing and acceleration region and ultimately increases the acceleration length in the acceleration process. Considering a laser pulse with dimensionless intensity amplitude , pulse duration , and plasma with density ramp length ,the plasma wave accelerating electric field with amplitude was generated. The results of this work can be crucial in choosing an appropriate plasma profile to design the laser-plasma accelerator system for obtaining the Giga-electron-Volt energy gain in a short time. | ||
کلیدواژهها [English] | ||
2D PIC Simulation, Plasma Density Ramp, Wakefield | ||
مراجع | ||
[1] Litos M., Adli E., An W., Clarke C.I., Clayton C.E., Corde S., Delahaye J.P., England R.J., Fisher A.S., Frederico J. and Gessner S., “High-efficiency acceleration of an electron beam in a plasma wakefield accelerator”, Nature, 515, 92-95, 2014. https://doi.org/10.1038/nature13882 [3] Shvets G., Fisch N.J. and Pukhov A., “Excitation ofaccelerating plasma waves by counter-propagating laser beams”, Phys. Plasmas. 9, 2383-2392, 2002. https://doi.org/10.1063/1.1468649 [3] Faure J., Rechatin C., Norlin A., Lifschitz A., Glinec Y.and Malka V., “Controlled injection and acceleration ofelectrons in plasma wakefields by colliding laser pulses”, Nature 444, 737, 2006. https://doi.org/10.1038/nature05393 [4] Kaur M. and Gupta D.N., “Electron acceleration by aradially polarized laser pulse in an ion channel”, IEEE Trans. Plasma. Sci. 45, 2841-2847, 2017. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2740344 [5] Kargarian A., Hajisharifi K. and Mehdian H., “Laser-drivenelectron acceleration in hydrogen pair-ion plasmacontaining electron impurities”, Laser Part. Beams. 36, 203-209, 2018. https://doi.org/10.1017/S0263034618000174 [6] Kargarian, A., Hajisharifi, K. and Mehdian, H., “Plasma inhomogeneity effects on particles energization by high-power laser pulse in a finite-size plasma”, Waves in Random and Complex Media, 32, 2980-2990, 2022. https://doi.org/10.1080/17455030.2021.1873454 [7] Kargarian, A., “Particle energization by high-power laser pulse in a finite-size electron–positron–ion plasma”, Laser Physics, 30, 096002, 2020. https://doi.org/10.1088/1555-6611/aba9dd [8] Braunmüller, F., Nechaeva, T., Adli, E., Agnello, R., Aladi, M., Andrebe, Y., Apsimon, O., Apsimon, R., Bachmann, A.M., Baistrukov, M.A. and Batsch, F., “Proton bunch self-modulation in plasma with density gradient”, Physical review letters 125, 264801, 2020. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.264801 [9] Trines, R.M., Bingham, R., Najmudin, Z., Mangles, S., Silva, L.O., Fonseca, R. and Norreys, P.A., “Electron trapping and acceleration on a downward density ramp: a two-stage approach”, New Journal of Physics, 12, 045027, 2010. https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/4/045027 [10] Aniculaesei, C., Pathak, V.B., Kim, H.T., Oh, K.H., Yoo, B.J., Brunetti, E., Jang, Y.H., Hojbota, C.I., Shin, J.H., Jeon, J.H. and Cho, S., “Electron energy increase in a laser wakefield accelerator using up-ramp plasma density profiles”, Scientific Reports, 9, 11249, 2019. https://doi.org/10.1038/s41598-019-47677-5 [11] Pishdast, M., Yazdanpanah, J. and Ghasemi, S.A., “Electron acceleration by an intense laser pulse inside a density profile induced by non-linear pulse evolution”, Laser and Particle Beams, 36, 41-48, 2018. https://doi.org/10.1017/S0263034617000970 [12] Pishdast, M., Ghasemi, S.A. and Yazdanpanah, J., “The effect of density scale length on the plasma scattering and heating in relativistic laser interaction with under dense plasma”, Journal of Nuclear Science and Technology (JonSat), 40, 119-129, 2019. https://doi.org/10.24200/nst.2019.1032 [13] Kaur, M. and Gupta, D.N., “Electron energy optimization by plasma density ramp in laser wakefield acceleration in bubble regime”, Laser and Particle Beams, 36, 195-202, 2018. https://doi.org/10.1017/S0263034618000162 [14] Pukhov, A. and Meyer-ter-Vehn, J., “Laser wake field acceleration: the highly non-linear broken-wave regime”, Applied Physics B, 74, 355-361, 2002. https://doi.org/10.1007/s003400200795 [15] Kostyukov, I., Pukhov, A. and Kiselev, S., “Phenomenological theory of laser-plasma interaction in “bubble” regime”, Physics of Plasmas, 11, 5256-5264, 2004. https://doi.org/10.1063/1.1799371 [16] Lehe, R., Kirchen, M., Jalas, S., Peters, K. and Dornmair, I., “Fourier-Bessel Particle-In-Cell (FBPIC) v0. 1.0”, Lawrence Berkeley National Lab. (LBNL), Berkeley, CA (United States), 2017. [17] Hockney R.W., Estwood J.W., “Computer Simulation Using Particles”, McGraw-Hill, New York, 1981. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 517 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 466 |