用于等离子体用户装置中拖尾 witness 束团的射频注入器设计研究

由于其紧凑性和降低成本，全球范围内对作为用户装置驱动源的等离子体加速器的兴趣日益增长。在此背景下，EuPRAXIA合作组织正在为多级GeV等离子体加速器准备概念设计报告，该加速器具有出色的电子束质量，以引导包括X射线FEL在内的若干应用，其中X射线FEL对束流亮度要求最高。已开展密集的束流动力学研究，为射频注入器提供可靠的工作点，以在外部注入方案中（无论是粒子束驱动还是激光驱动等离子体尾场加速）产生适用于高亮度拖尾witness束团。一个令人关注的情形是产生能量1 GeV、切片发射度小于1 mm-mrad、电荷量30 pC、束长10 fs FWHM的witness束，其在波荡器入口处对应3 kA峰值电流。该witness束已在传统SPARC类光注入器中被成功压缩至10 fs，并在先进高梯度X波段直线加速器中加速至500 MeV，以3 kA峰值电流到达等离子体入口，并具有以下RMS值：0.06%能散、0.5 mm-mrad横向归一化发射度以及聚焦光斑小至1 $\mu m$。本文给出射频注入器研究，旨在满足EuPRAXIA对等离子体用户装置设计研究的要求。