شتابدهی مستقیم الکترون توسط لیزر از کانال پلاسمایی کم چگال مغناطیده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله به بررسی شتابدهی طولی الکترون توسط پالس لیزر گاوسی در کانال پلاسمایی کم‌چگال و در حضور میدان مغناطیسی عرضی می‌پردازیم. پارامترهایی مانند دامنه وزاویه قطبش پالس لیزر، چگالی پلاسما و شدت میدان مغناطیسی تأثیر قابل توجهی بر دینامیک الکترونها دارند. نشان داده شده که حضور میدان مغناطیسی در کانال سبب افزایش آستانه‌ی چگالی لازم برای شروع شتابدهی الکترون می‌شود. با بررسی وابستگی شتاب الکترون به پارامترهای مختلف در کانال پلاسمایی مغناطیده نتایج حاصل با پلاسمای غیر مغناطیده مقایسه شده است. با توجه به نتایج عددی در زاویه‌ی قطبش وجود میدان مغناطیسی سبب افزایش شتاب الکترون در کانال پلاسمایی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Electron direct laser acceleration through an underdense magnetized plasma channel

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ghorbanalilu
  • Nasim Nozarnejad
Department of Physics, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper we investigated longitudinal acceleration of a test electron using a Gaussian laser pulse through an underdense magnetized plasma channel. We have shown that parameters like amplitude and polarization angle of the laser pulse, density of plasma and the strength of magnetic field significantly influence the dynamics of electrons. We find that presence of magnetic field in the plasma channel increases the required density threshold for electron acceleration. Here, we examine the dependence of electron acceleration on various parameters in the magnetized plasma channel and compare it with non-magnetized case. According to numerical results for polarization angle the presence of magnetic field intensifies electron acceleration in the plasma channel.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electron acceleration
  • Ion channel
  • Magnetized plasma
 

[1] A.V. Arefiev, V.N. Khudik, M. Schollmeier, Enhancement of laser-driven electron acceleration in an ion channel, Physics of Plasmas 21 (2014) 033104.

[2]A.V. Arefiev, B.N. Breizman, Marius Schollmeier, V.N. Khudik, Parametric Amplification of Laser-Driven Electron Acceleration in Underdense Plasma, Physical Review Letter 108 (2012) 145004. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.145004

[3] C. Gahn, G.D. Tsakiris, A. Pukhov, J. Meyer-ter-Vehn, G. Pretzler, P. Thirolf, D. Habs, K.J. Witte, Multi-MeV electron beam generation by direct laser acceleration in high-density plasma channels, Physical Review Letter 83 (1999) 4772. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.4772

[4] Li-Hong Cheng, J.-K. Xue, J. Liu, Laser-driven electron acceleration in a plasma channel with an additional electric field, Physics of Plasmas 23 (2016)053102. https://doi.org/10.1063/1.4948416

[5]A. Pukhov, Z.-M. Sheng, J. Meyer-ter-Vehn, Particle acceleration in relativistic laser channels, Physics of Plasmas 6 (1999) 2847. https://doi.org/10.1063/1.873242

 [6] 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,Physical Review Letter 111 (2013) 065002. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.065002.

[7] M. Vranic, R.A. Fonseca, L.O. Silva, Extremely intense laser-based electron acceleration in a plasma channel, Plasma Physics and Control Fusion 60 (2018) 034002. https://doi.org/10.1088/1361-6587/aaa36c

[8] T. Wang, Z. Gong, K. Chin, A.V. Arefiev, Impact of ion dynamic on laser-driven electron acceleration and gamma-ray emission in structured targets and ultra-high laser intensities, Plasma Physics and Control Fusion 61 (2019) 084004.  https://doi.org/10.1088/1361-6587/ab2499

[9] D.B. Zou, A. Pokhov, L.Q. Yi, H.B. Zhuo, T.P. Yu, Y. Yin, F.Q. Shao, Laser-driven ion acceleration from plasma microchannel targets, Scientific Reports 7 (2017) 42666. https://doi.org/10.1038/srep42666

 [10 E.S. Weibel, Spontaneously Growing Transverse Waves in a Plasma Due to an Anisotropic Velocity Distribution, Physical Review Letter 2 (1959) 83. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.2.83 [11] D.J. Stark, T. Toncian, A.V. Arefiev, Enhanced multi-MeV photon emission by a laser-driven electron beam in a self-generated magnetic field, Physical Review Letter 116 (2016) 185003. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.185003

[12] D.J. Stark, J. Meyer-ter-Vehn, Relativistic magnetic self-channeling of light in near critical plasma: Three-dimensional particle-in-cell simulation, Physical Review Letter 76 (1996) 397. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.3975