2.5D simulation of plasma wakefield excitation by a nonresonant train of relativistic electron bunches

Abstract

By using 2d3v code LCODE the investigations in detail of the reconstruction of a long nonresonant train of relativistic electron bunches into resonant one at plasma wakefield excitation are presented. Because of bunch repetition and plasma frequencies detuning the wakefield beatings are occurred. The bunches in the maximum of beating experience defocusing radial force and go out the interaction with wakefield. It leads to the shortening of the beating period and to the asymmetry between the energy loss of decelerated bunches of the beating front and energy gain of accelerated bunches of the beating rear. In result along with wakefield amplitude beating the monotonical growth takes place with the rate equivalent to the resonant train with smaller current.

Представлены детальные исследования с использованием 2d3v кода LCODE превращения длинной нерезонансной цепочки релятивистских электронных сгустков в резонансную при возбуждении кильватерного поля в плазме. Вследствие отличия частоты следования сгустков и плазменной частоты происходят биения кильватерного поля. На сгустки в середине биения действует радиальная дефокусирующая сила, что приводит к уменьшению их взаимодействия с кильватерным полем. Это приводит к укорочению биений и к асимметрии между величинами теряемой энергии тормозящимися на фронте биения сгустками и приобретаемой энергии ускоряемыми в конце биения сгустками. В результате наряду с биениями амплитуда кильватерного поля монотонно нарастает с инкрементом, эквивалентным резонансной цепочке с меньшим током.

Надано детальні дослідження з використанням 2d3v-коду LCODE перетворення довгого нерезонансного ланцюжка релятивістських електронних згустків у резонансний при збудженні кільватерного поля у плазмі. Завдяки відміні частоти входження згустків та плазмової частоти спостерігається биття кільватерного поля. На згустки в середині биття діє радіальна дефокусуюча сила, що призводить до зменьшення їх взаємодії з кільватерним полем. Це веде до скорочення биття та до асімметрії між величинами енергій, що втрачається згустками, яки гальмуються на фронті биття, та що набувається згустками, яки прискорюються на краю биття. В результаті поряд з биттям амплітуда кільватерного поля монотонно зростає з інкрементом, еквівалентним резонансному ланцюжку з меньшим струмом.