基于毛细管气体单元的激光驱动加速产生 GeV 级高品质电子束
加速器物理
2026-05-28 v2 等离子体物理
摘要
激光驱动加速 (LWFA) 是一种产生 GeV 能级高亮度电子束的有前景方法，为紧凑型下一代加速器设施提供了显著潜力。本文present了一项计算研究，探讨了在特别设计的单级毛细管气体单元中实现高品质、GeV 级电子束的LWFA。毛细管单元包括位于入口处约 2 毫米长的注入区域，充满氦气 (He) 和氮气 (N) 混合气体，随后是约 14 毫米的纯 He 区域，该区域提供所需的加速长度并限制连续电离注入，从而显著降低加速束的能量展开。我们进行流体动力学模拟以优化毛细管几何形状并生成所需的两段气压剂量。将 various 气体密度分布直接用于粒子-电磁场 (PIC) 模拟以研究LWFA。特别是，我们的流体动力学模拟展示了如何在毛细管气体单元中实现纵向梯度密度剂量的加速段，而相应的PIC模拟揭示了这些密度剂量如何影响加速过程及最终束流质量。使用100~TW 级激光系统，参数符合 ELI Beamlines 设施的 L2-DUHA 激光，PIC结果显示电子加速至平均能量超过 ~GeV，具有高品质束流特性。还观察到自注入的 He 电子及其对主束流质量的影响。本研究的发现为 ELI Beamlines 设施内即将进行的EuPRAXIA项目实验提供了宝贵的见解。
引用
@article{arxiv.2512.13118,
title = {Laser Wakefield Acceleration in a Capillary Gas Cell Producing GeV-Scale High-Quality Electron Beams},
author = {Srimanta Maity and Francesco Massimo and Alex Whitehead and Pavel Sasorov and Alexander Molodozhentsev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.13118},
year = {2026}
}
备注
16 pages, 9 figures