利用协变推迟势积分器的相对论性束流负载、反冲抑制与残余尾场加速

本文演示了一种对相对论性带电粒子进行第一性原理跟踪的算法。采用协变方法，依赖推迟矢量势进行轨迹积分，而非执行电磁场计算。当计入推迟效应时，高β粒子沿运动方向的峰值矢量势及相应洛伦兹力渐近增大。这会在粒子运动方向小角度内产生极强场分布，当接近导体表面或另一带电粒子时可导致显著动量变化。我们量化了质子与电子在不同能量和孔径尺寸下的前述效应，其中通过确保粒子不通过距孔径表面约10微米范围内可避免大量功率沉积。我们还模拟了测试粒子与导体或其他带电体的视线遮挡。此后瞬间，测试粒子因残余场继续加速，但不再对任何带电或导体物体产生反向力；从而包围结构的任何反冲被有效抑制。所得加速动力学利用不同能量的质子与电子表征；例如，85 MeV电子在接近针孔孔径时穿越其反射尾场获得1%能量增益。随后我们将微尺度介电泳激光加速(DLA)器件集成入模拟：相比单独的2 mm DLA，我们发现将DLA与一系列导体表面遮挡器结合可使能量增益提升两倍。