PIC simulation of nonlinear wakefield excitation by a train of electron bunches in a waveguide with isotropic plasma

Abstract

The results of analytical investigations and numerical simulation (in 2.5–dimensional electromagnetic code) of nonlinear wake fields excitation by regular sequence of relativistic electron bunches in isotropic (no external magnetic field) plasma are presented. The dynamics and distribution of electromagnetic field are investigated. The waves predicted in the system by linear theory of wake fields excitation were observed in the numerical experiment.

Представлено результати чисельного моделювання збудження нелінійних кільватерних хвиль регулярною послідовністю релятивістських електронних згустків в ізотропній (тобто, у відсутності зовнішнього магнітного поля) плазмі. Досліджено динаміку й розподіл електромагнітного поля. Проведене чисельне моделювання за допомогою методу великих часток з параметрами згустків і плазми у планованих в ННЦ ХФТІ експериментах, підтвердило результати лінійної теорії про збудження ленгмюровської хвилі, що зосереджена в плазмовому кільці.

Представлены результаты численного моделирования возбуждения нелинейных кильватерных волн регулярной последовательностью релятивистских электронных сгустков в изотропной (в отсутствие внешнего магнитного поля) плазме. Исследована динамика и распределение электромагнитного поля. Проведенное численное моделирования с помощью метода крупных частиц с параметрами сгустков и плазмы в планируемых в ННЦ ХФТИ экспериментах, подтвердило результаты линейной теории о возбуждении ленгмюровской волны, которая сосредоточена в плазменном кольце.