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物理学 > 等离子体物理

arXiv:2505.00157 (physics)
[提交于 2025年4月30日 ]

标题: 飞焦点驱动的激光等离子体加速器产生单阶段100 GeV电子束的路径

标题: Path to a Single-Stage, 100-GeV Electron Beam via a Flying-Focus-Driven Laser-Plasma Accelerator

Authors:J. L. Shaw, M. V. Ambat, K. G. Miller, R. Boni, I. LaBelle, W. B. Mori, J. J. Pigeon, A. Rigatti, I. Settle, L. Mack, J. P. Palastro, D. H. Froula
摘要: 无散射激光尾波场加速(DLWFA),作为一种基于最近提出的“飞行焦点”技术的新型激光尾波场加速概念,为激光等离子体加速提供了一个新的范式,有可能通过单级系统且无需引导结构就实现向TeV线性加速器的进步。 最近提议的NSF OPAL激光设施可能是能够使激光等离子体加速这一宏伟挑战成为可能的变革性技术。 我们根据DLWFA性能与激光和等离子体参数之间的关系,回顾了DLWFA可行的参数空间,并将其性能与传统的激光尾波场加速进行了比较。 这些比例表明,为了使用DLWFA实现突破性的电子能量,需要超短、高能激光架构,如NSF OPAL。 MTW-OPAL平台的初步结果,即6-J DLWFA演示实验的平台,显示在3.7毫米的距离内有一个紧凑、圆形的焦斑。 对该平台的新粒子束模拟表明,使用氢气进行DLWFA可以减少由于电离前沿折射导致的激光光束畸变。 从当前领域的状态到通过NSF OPAL上的DLWFA实现单级、100-GeV电子束的实验路径及其计算和技术设计工作被概述。 该路径上的进展被展示。
摘要: Dephasingless laser wakefield acceleration (DLWFA), a novel laser wakefield acceleration concept based on the recently demonstrated "flying focus" technology, offers a new paradigm in laser-plasma acceleration that could advance the progress toward a TeV linear accelerator using a single-stage system without guiding structures. The recently proposed NSF OPAL laser facility could be the transformative technology that enables this grand challenge in laser-plasma acceleration. We review the viable parameter space for DLWFA based on the scaling of its performance with laser and plasma parameters, and we compare that performance to traditional laser wakefield acceleration. These scalings indicate the necessity for ultrashort, high-energy laser architectures such as NSF OPAL to achieve groundbreaking electron energies using DLWFA. Initial results from MTW-OPAL, the platform for the 6-J DLWFA demonstration experiment, show a tight, round focal spot over a distance of 3.7 mm. New particle-in-cell simulations of that platform indicate that using hydrogen for DLWFA reduces the amount of laser light that is distorted due to refraction at ionization fronts. An experimental path, and the computational and technical design work along that path, from the current status of the field to a single-stage, 100-GeV electron beam via DLWFA on NSF OPAL is outlined. Progress along that path is presented.
评论: 20页,11幅图。提交至《等离子体物理》
主题: 等离子体物理 (physics.plasm-ph) ; 加速器物理 (physics.acc-ph)
引用方式: arXiv:2505.00157 [physics.plasm-ph]
  (或者 arXiv:2505.00157v1 [physics.plasm-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.00157
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jessica Shaw [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 30 日 20:01:07 UTC (3,590 KB)
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