نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 51113-14399، تهران- ایران

چکیده

در این مقاله، دو باریکه پر شدت نسبیتی تحت شرایط مختلف بر پلاسمای کم‌­چگال اعمال شده و تأثیر فاصله دو باریکه از هم و نیز زاویه این دو باریکه نسبت به یک­‌دیگر بر شتاب‌­دهی الکترون‌ها بررسی شد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد، زمانی که فاصله دو باریکه صفر است و زاویه نسبی بین آن‌ها وجود ندارد، گویی بعد از گذشت مدت زمان کافی یک باریکه پر شدت و قدرتمند، کل پلاسما را طی می­‌کند و باعث افزایش طول شتاب‌دهی الکترون‌ها و افزایش انرژی جنبشی آن‌ها می‌­شود. از آن‌­جا که در حالت  بهترین برهم‌نهی سازنده بین پالس‌ها ایجاد می‌­شود، به ­صورت طبیعی، الکترون‌های داغ بیش­‌ترین دما و بیش‌­ترین انرژی قطع را خواهند داشت. از طرفی دیگر، با افزایش فاصله پالس‌ها، برهم‌نهی سازنده کاهش یافته (دامنه کل میدان‌های لیزر کاهش می‌یابد) و به تبع آن، دمای الکترون‌های داغ پایین می‌آید. نتایج نشان می‌دهد در شرایط  و ، آهنگ فرسایش پالس و افزایش انرژی جنبشی الکترون‌­ها بیش‌­تر از زوایای غیر صفر است که می‌تواند به دلیل برانگیزش امواج قوی­‌تر پلاسمایی باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study on the electron acceleration in the interaction of two relativistic laser beams with under-dense plasma

نویسندگان [English]

  • S.A. Ghasemi
  • M. Pishdast
  • J. Yazdanpanah

Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 14399-51113, Tehran, Iran

چکیده [English]

This paper applied two intense relativistic beams to low-density plasma under different conditions. The effect of the distance and the angle between these two beams on the acceleration of electrons were investigated. The simulations showed that when the distance between two beams is zero, and there is no relative angle between them, after some adequate amount of time, it seems that a powerful beam travels through the entire plasma, increasing the acceleration length of the electrons and their kinetic energy. The best overlap occurs between the pulses at and , naturally, the hot electrons will have the highest temperature and the highest cut-off energy. On the other hand, as the pulse distance increases, the useful overlap decreases (the total amplitude of the laser fields decreases). Consequently, the temperature of the hot electrons will reduce. The results showed that the conditions  and  the rate of pulse erosion, and the increase in the kinetic energy of the electrons are slightly greater than the non-zero angles, which can be due to the excitation of the stronger plasma waves.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electron acceleration
  • Laser-plasma Interaction
  • electron kinetic energy
1. M. Pishdast, J. Yazdanpanah, S.A. Ghasemi, Electron acceleration by an intense laser pulse inside a density profile induced by non-linear pulse evolution, Laser Part, Beams, 36, 41-48 (2018).
 
2. S.A. Ghasemi, M. Pishdast, J. Yazdanpanah, Numerical investigation of plasma heating during the entrance of an intense short laser pulse into a density profile, Laser Phys, 30, 016001 (2020).
 
3. A.P.L. Robinson, A.V. Arefiev, D. Neely, Generating “Superponderomotive” Electrons due to a Non-Wake-Field Interaction between a Laser Pulse and a Longitudinal Electric Field, Phys. Rev. Lett. 111, 065002 (2013).
 
4. A. Pukhov, Z.M. Sheng, J. Meyer-ter-Vehn, Particle acceleration in relativistic laser channels, Phys. Plasmas, 6, 2847 (1999).
 
5. B. Liu, et al., Generating Overcritical Dense Relativistic Electron Beams via Self-Matching Resonance Acceleration, Phys. Rev. Lett. 110, 045002 (2013).
 
6. W.P. Leemans, et al., GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator, Nat. Phys. 2, 696 (2006).
 
7. E. Esarey, C.B. Schroeder, W.P. Leemans, Physics of laser-driven plasma-based electron accelerators, Rev. Mod. Phys. 81, 1229 (2009).
 
8. W.P. Leemans, et al. Multi-GeV Electron Beams from Capillary-Discharge-Guided Subpetawatt Laser Pulses in the Self-Trapping Regime, Phys. Rev. Lett. 113, 245002 (2014).
 
9. A. Pukhov, Z.M. Sheng, J. Meyer-ter-Vehn, Particle acceleration in relativistic laser channels, Phys. Plasmas, 6, 2847 (1999).
 
10. C. Gahn, et al., Multi-MeV Electron Beam Generation by Direct Laser Acceleration in High-Density Plasma Channels, Phys. Rev. Lett. 83, 4772 (1999).
 
11. T.W. Huang, et al., Electron acceleration induced by interaction of two relativistic laser pulses in underdense plasmas, Phys. Rev. E. 98, 053207 (2018).
 
12. L. Yang, et al., High-charge energetic electron bunch generated by intersecting laser pulses, Phys. Plasmas, 20, 033102 (2013).
 
13. E. Wallin, A. Gonoskov, M. Marklund, Radiation emission from braided electrons in interacting wakefields, Phys. Plasmas, 24, 093101 (2017).
 
14. https://smileipic.github.io/Smilei/index.html.
 
15. J. Derouillat, et al. SMILEI: a collaborative, open-source, multi-purpose particle-in-cell code for plasma simulation, Comput. Phys. Commun. 222, 351-373 (2018).