نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران

2 دانشکده فیزیک، دانشگاه خوارزمی، تهران

چکیده

در این مقاله، شتاب الکترون به وسیلۀ موج پلاسما در ساز و کار عکس لیزر الکترون آزاد (IFEL) در حضور میدان مغناطیسی ویگلری چهارقطبی و کانال یونی لیزری، به صورت تحلیلی و عددی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد، افزایش دامنه و طول موج ویگلر چهارقطبی تا یک مقدار بهینه، تأثیرات قابل توجهی بر روی شتاب الکترون و دینامیک نسبیتی آن در کانال یونی لیزری دارد. در حضور مقادیر بهینه شدت و طول موج ویگلر چهارقطبی، شتاب الکترون بیش از 90% نسبت به عدم حضور ویگلر افزایش پیدا می‌کند. علاوه براین، نتایج عددی نشان می‌دهد در صورتی که الکترون‌ها با انرژی جنبشی اولیۀ بیشتری در میدان ویگلری پرتاب شوند، مدت زمان بیشتری در فاز شتاب موج پلاسمایی باقی مانده و انرژی بیشتری از موج دریافت می‌کنند. بنابراین، در یک شتابدهندۀ لیزر- پلاسما، شتاب الکترون و دینامیک نسبیتی آن با استفاده از شدت میدان ویگلری، طول موج ویگلری، و انرژی جنبشی اولیۀ الکترون‌ها قابل تنظیم خواهد بود. نتایج مطلوب مطالعات انجام‌شده در این حوزه می‌تواند نویدبخش نسل جدید شتابدهنده‌های پلاسمایی بر اساس ساختارهای ویگلری باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Plasma wave electron acceleration in IFEL mechanism with quadruple wiggler and ion channel guiding

نویسندگان [English]

  • A Kargarian 1
  • K Hajisharifi 2

1 Plasma and Nuclear Physics Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran

2 Physics Department, Kharazmi University, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this paper, the electron acceleration by plasma wave in IFEL mechanism in the presence of a quadruple magnetic field and ion channel guiding effects has been investigated both analytically and numerically. The results illustrate that the increasing of the quadruple wiggler amplitude and wavelength up to an optimum value has considerable effects on the electron acceleration and its relativistic dynamics in laser ion channel. It was found that in the presence the optimum values of quadruple wiggler amplitude and wavelength, the electron energy gain increases more than 90% than that obtained in the absence of the wiggler. Moreover, the numerical simulations reveal that if the electrons are thrown with higher initial kinetic energy into the wiggler field, they can longer remain in the acceleration phase of the plasma wave and gain more energy from the wave. Therefore, it turns out that, in a laser-plasma accelerator, the electron acceleration and its relativistic dynamics can be tuned by the wiggler field strength, wiggler wavelength, and initial kinetic energy of electrons. The favorable results of studies in this field can be promising for the new generation of the laser-plasma accelerators based on the wiggler structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • quadruple wiggler
  • electron-wave dephasing
  • plasma accelerator
  • ion channel
  1. B Palmer, Appl. Phys 43 (1992) 3014.
  2. S Kumar and M Yoon, Scripta 77 (2008) 025404.
  3. K P Singh and V K Tripathi, Plasmas 11 (2004) 743.
  4. H Mehdian, A Kargarian, and A Hasanbeigi, Optik 126 (2015) 3299.
  5. A Kargarian, H Mehdian, and A Hasanbeigi, IJPR 14 (2014) 83.
  6. A Kargarian, and K Hajisharifi, Laser Part. Beams (2020)1.https://doi.org/10.1017/S0263034620000324.
  7. S P Mangles, C D Murphy, Z Najmudin, and A G R Thomas, J L Collier, A E Dangor, E J Divall et al., Nature 431 (2004) 535.
  8. W P Leemans, Nature physics 10 (2006) 696.
  9. Sh Irani, H Hakimi Pajouh, and M Habibi, IJPR 13 (2013).
  10. S F Chang, O C Eldridge, and J E Scharer, IEEE Quantum Electron 24 (1988) 2308.
  11. S Kumar and M Yoon, J. Phys 104 (2008) 073303.
  12. N Kumar, and V K Tripathi, EPL 75 (2006) 260.