Speaker
Description
В современных экспериментах, ориентированных на плазменное ускорение электронов или позитронов до энергий нескольких ГэВ на масштабе 1 м, релятивистский драйвер возбуждает сильно нелинейную кильватерную волну с плотностью энергии поля порядка плотности энергии покоя электронов. Чтобы обеспечить высокий средний ток такого ускорителя, эта огромная выделившаяся энергия должна удаляться из камеры между выстрелами. Отсюда вытекает необходимость понимания процессов релаксации после опрокидывания кильватерной волны. Вопросу о долговременной динамике плазмы была посвящена недавняя серия экспериментов E224 на установке FACET (SLAC). В ней получали изображения профиля плотности электронов, при этом наблюдалось расширение плазменной границы со скоростью ~10^6 м/с на временах ~ 1 нс.
В докладе будут рассмотрены результаты численного моделирования эксперимента FACET и раскрыты основные физические механизмы наблюдаемой динамики плазмы. Оказывается, что при опрокидывании кильватерной волны часть электронов покидает плазму, в результате ионы границы начинают разлетаться под действием собственного нескомпенсированного заряда. При этом более 70% энергии исходной волны переходит в кинетическую энергию радиального разлёта ионов. Эти ионы проникают в окружающий газ, ионизуя его ударным механизмом. Таким образом, ионный фронт создаёт затравку для дальнейшего роста плотности, основную роль в котором играет ионизация электронным ударом. Моделирование показало количественное согласие с экспериментальными данными о темпе распространения границы плазмы.
