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等离子体尾场加速器中的能量展宽保持与高效性

Energy-Spread Preservation and High Efficiency in a Plasma-Wakefield Accelerator.

作者信息

Lindstrøm C A, Garland J M, Schröder S, Boulton L, Boyle G, Chappell J, D'Arcy R, Gonzalez P, Knetsch A, Libov V, Loisch G, Martinez de la Ossa A, Niknejadi P, Põder K, Schaper L, Schmidt B, Sheeran B, Wesch S, Wood J, Osterhoff J

机构信息

Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany.

Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2021 Jan 8;126(1):014801. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.014801.

DOI:10.1103/PhysRevLett.126.014801
PMID:33480753
Abstract

Energy-efficient plasma-wakefield acceleration of particle bunches with low energy spread is a promising path to realizing compact free-electron lasers and particle colliders. High efficiency and low energy spread can be achieved simultaneously by strong beam loading of plasma wakefields when accelerating bunches with carefully tailored current profiles [M. Tzoufras et al., Phys. Rev. Lett. 101, 145002 (2008)PRLTAO0031-900710.1103/PhysRevLett.101.145002]. We experimentally demonstrate such optimal beam loading in a nonlinear electron-driven plasma accelerator. Bunches with an initial energy of 1 GeV were accelerated by 45 MeV with an energy-transfer efficiency of (42±4)% at a gradient of 1.3  GV/m while preserving per-mille energy spreads with full charge coupling, demonstrating wakefield flattening at the few-percent level.

摘要

对具有低能量分散的粒子束进行节能型等离子体尾场加速是实现紧凑型自由电子激光器和粒子对撞机的一条有前景的途径。当用精心调整的电流分布来加速束团时,通过等离子体尾场的强束流加载可以同时实现高效率和低能量分散[M. Tzoufras等人,《物理评论快报》101, 145002 (2008年)PRLTAO0031 - 900710.1103/PhysRevLett.101.145002]。我们在非线性电子驱动等离子体加速器中通过实验证明了这种最优的束流加载。初始能量为1 GeV的束团被加速了45 MeV,在梯度为1.3 GV/m时能量转移效率为(42±4)%,同时在全电荷耦合的情况下保持千分之一的能量分散,证明了尾场在百分之几的水平上趋于平缓。

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