电子束尾波对质子束自调制尾波相速度影响的理论和数值模拟研究

• 作者: 华津宇 盛政明
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 等离子体尾波加速 质子束自调制 尾波相速度 电子束种子尾波
• 年，卷（期）: 2021,（13）
• 所属期刊栏目: 地球物理学、天文学和天体物理学|GEOPHYSICS, ASTRONOMY, AND ASTROPHYSICS
• 页码范围: 454-464
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20202086

摘要

高能质子束在等离子体中通过自调制不稳定激发尾波的研究在过去的十年里有了长足的发展,在欧洲核子研究中心(CERN)人们已经在相关AWAKE实验中利用这种尾波加速电子,并获得了最高能量约2 GeV的电子束.针对高能粒子加速应用需求,近几年人们又进一步提出了利用电子束种子尾波控制质子束自调制过程的方案,用于提升尾波的强度与稳定性.本文研究了电子束种子尾波对质子束自调制尾波相速度的影响,着重讨论了导致尾波相速度改变的多种物理机理及电子束所起到的作用.通过理论分析和二维粒子模拟研究发现,电子束的引入可以提升质子束自调制尾波的增长率和尾波的相速度,且电子束的电荷密度越高其效果愈明显.本文还探讨了电子束能量和质子束的纵向密度分布对相速度变化的影响.