بخشی از مقاله
چکیده
تاثیر استفاده همزمان از تپ لیزري با بسامد متغیر و میدان مغناطیسی محوري براي تولید میدان عقبه در یک بعد مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شد که استفاده از تپ لیزري با چیرپ گوسی منفی در پلاسماي مغناطیده با میدان مغناطیسی در خلاف جهت انتشار تپ می تواند دامنه میدان عقبه را در حدود سه برابر و انرژي کسب شده توسط الکترون را در حدود پنج برابر افزایش دهد. با یک تپ لیزري 30 fs اي با شدت ~ 2 1018 W / cm2 و پلاسمایی با چگالی درحضور میدان مغناطیسی خارجی، الکترون به انرژي درحدود1.3 GeV خواهد رسید.
مقدمه
نیروي پیشران2، یک تپ لیزري - با طولی از مرتبه یا کوتاهتر پلاسما بدلیل تحمل میدانهایی از مرتبه چند صد گیگا ولت بر متر ازطول موج پلاسما - می تواند امواج الکترونی پلاسما را برانگیخته محیط مناسبی براي تولید الکترونهاي پرانرژي در برهمکنش با یک کند. اگر الکترونهایی با انرژي اولیه مناسب به داخل این امواج لیزر پرشدت می باشد. در این زمینه تحقیقات متعدد نظري و تزریق شوند، گیرافتاده و می توانند تا چندین گیگا الکترون ولت آزمایشگاهی انجام شده است .[1-6] از میان مفاهیم شتابدهنده شتاب بگیرند .[7-9] پیشرفتهاي قابل توجه در تولید تپهاي لیزري هاي لیزر-پلاسمایی پیشنهاد شده، شتابدهنده میدان عقبه لیزري1، پرشدت با بسامد متغیر3،زمینه استفاده از آنها برايدر شتاب لیزري بدلیل ساختار ساده بیشتر مورد توجه بوده است. دراین شتابدهنده خلا یا محیط پلاسما فراهم شده است.[10-13] پژوهش هاییدرنیز زمینه برهمکنش لیزر-پلاسما در حضور میدان مغناطیسی و تولید میدان عقبه انجام شده است .[14-17] در این مقاله ضمن بررسی برهمکنش تپ لیزري بسامد متغیر پرشدت با پلاسماي کم چگال در حضور میدان مغناطیسی خارجی، شتاب تک الکترون نیز مورد بررسی قرار می گیرد.
معادلات میدان عقبه یک بعدي در پلاسماي مغناطیده میدان الکتریکی تپ لیزري با قطبش دایروي که در جهت z ، در یک پلاسماي کم چگال، سرد و همگن با چگالیn0 حرکت می کند بصورت زیر در نظر می گیریم بر این پلاسما یک میدان مغناطیسی خارجی B B0 zˆ اعمال می کنیم، که 1است. علامت مثبت نشاندهنده میدان در جهت انتشار تپ و علامت منفی عکس آن است معادلات هیدرودینامیک نسبیتی و معادلات ماکسول براي پلاسماي زیسرد مغناطیده بصورت است که فاکتور نسبیتی لورنتس، v سرعت الکترون هاوne چگالی الکترونهاي پلاسما هستند. A پتانسیل برداري تپ لیزري با بسامد متغیر و پتانسیل اسکالر میدان عقبه است.
سرعت الکترون هاي پلاسما را می توان بصورت ،مجموع سرعتهاي تند و کند نوشت. سرعت کند در بسامد پلاسما و سرعت تند در بسامد لیزر می باشد. پس از جداسازي معادلات مربوط به سرعتهاي تندمعادله وکند از 2 و حل معادلات مربوطه، مولفه هاي سرعت تند را بدین صورت بدست می آید.با ترکیب معادلات سرعت کند الکترون هاي معادله پلاسما با پیوستگی و معادله پواسون و استفاده از تقریب شبه ایستاو [8] اعمال تغییر متغیر هاي به معادلات کوپلشده زیر خواهیم رسید که میدان الکتریکی تپ با رابطه1 داده می شود.محاسبه انتگرالهاي فوق بصورت تحلیلی امکان پذیر نمی باشد و ما بصورت عددي انتگرل هاي بالا را محاسبه کردیم. واضح است که براي مولفه هاي در شکل2 دامنه میدان عقبه براي حالتهاي: الف - تپ غیر چیرپ در پلاسماي غیر مغناطیده - خط پیوسته - ، ب - تپ غیر چیرپ در پلاسماي مغناطیده - نقطه چین - ، ج - تپ چیرپ در پلاسماي غیر مغناطیده - خط چین - ترسیم شده است. دیده می شود دامنه میدان عقبه براي تپ چیرپ در پلاسماي غیر مغناطیده حدودا دو برابر شده درحالیکه تپ غیرچیرپ در پلاسماي مغناطیده باعث افزایشدرصدي 30 دامنه میدان عقبه شده است.تپ - ودامنه میدان براي تپ غیر چیرپ در پلاسماي غیر مغناطیده ترسیم شده است. واضح است دامنه میدان عقبه درحدود سه برابر افزایش داشته است. دیده شد که استفاده از تپ لیزري با چیرپ گوسی منفی و میدان مغناطیسی خارجی در خلاف جهت انتشار تپ منجر به تولید میدان هاي عقبه قویتر در پلاسما می شود. در ادامه به بررسی شتاب الکترون بوسیله این میدانها می پردازیم.
