Dreidimensionale quasi-statische Simulationen der Beam-Selbstmodulation und externen Injektion in der Plasma-Wakefield Beschleunigung.

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Pukhov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 367991447

Die AWAKE-Collaboration setzt nun mit Run 2 fort und konzentriert sich dabei auf mehrere wichtige Ziele: das Erreichen stabiler Beschleunigungsgradienten zwischen 0,5 und 1 GV/m, die Aufrechterhaltung der Emittanz der Elektronenbunches während der Beschleunigung und die Entwicklung skalierbarer Plasmaquellen, die sich auf Hunderte von Metern oder mehr erstrecken können. Bis zum Abschluss von Run 2 zielt das AWAKE-Programm darauf ab, Elektronenstrahlen bereitzustellen, die für Teilchenphysik-Experimente geeignet sind. Der Hauptunterschied zu Run 1 besteht in der Implementierung von zwei Plasmaquellen – eine für die Selbstmodulation (SM) und eine für die Beschleunigung –, die eine axiale Injektion des Elektronenpakets in das Beschleunigerplasma ermöglichen und eine bessere Kontrolle über die Parameter bieten. Vollständige "first principles" dreidimensionale Simulationen sind für das Verständnis der hochgradig nichtlinearen Physik der Selbstmodulation (SM) von Protonenbunches in Plasmen von entscheidender Bedeutung. Das neue Experiment führt eine vollständige Kontrolle der Plasmadichte im ersten („Modulator-“) Plasmaabschnitt ein und bietet umfassende Möglichkeiten zur Optimierung des SM-Prozesses und zur Stabilisierung des Treibers. Der Vakuumspalt zwischen den Plasmazellen, der für die on-axis Injektion des Witness-Bunches erforderlich ist, beeinflusst jedoch die Treiberdynamik im zweiten („Beschleuniger“) Plasmaabschnitt. Das neue Projekt wird sich auf die Durchführung dreidimensionaler Particle-in-Cell-Simulationen innerhalb dieser aktualisierten Geometrie konzentrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen