Development of Ultrashort Relativistic Electron Beams as a Plasma Diagnostic

开发用于等离子体诊断的超短相对论电子束

基本信息

项目摘要

A very powerful laser can be used to accelerate electrons to high energies by interacting with a state of matter known as a plasma, an ionized gas of charged particles. The laser achieves this by creating waves in the plasma, like a boat pushing through water, on which the electrons can surf and be accelerated to high energies. In this project, electrons accelerated with lasers will be used to image and, in turn, better understand the behavior of the plasma itself. The techniques and understanding obtained in this study will further help the development of compact particle accelerators, which can impact everything from cancer therapy to imaging stresses in aircraft wings. Electron beams produced by laser driven plasma waves are especially brief in duration and tightly focused, so they may be used for imaging of very rapidly changing phenomena. In this project, one of the most powerful lasers in the world, the NSF funded HERCULES laser at the University of Michigan, will be used to create electron beams to probe electromagnetic field structures that are produced when lasers interact with solid materials. In particular, these include surface magnetic fields, reconnecting magnetic fields and Weibel instability filaments. An intense electron beam will also be used to heat and produce high energy density plasmas which can be used to better understand astrophysically relevant phenomena in a laboratory setting.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
一种非常强大的激光可以通过与一种被称为等离子体的物质状态相互作用,将电子加速到高能。等离子体是一种由带电粒子组成的电离气体。激光通过在等离子体中产生波来实现这一点,就像船在水中推动一样,电子可以在上面冲浪并加速到高能量。在这个项目中,激光加速的电子将被用来成像,进而更好地了解等离子体本身的行为。这项研究中获得的技术和理解将进一步有助于紧凑型粒子加速器的开发,这种加速器可以影响从癌症治疗到飞机机翼成像应力的一切。由激光驱动的等离子体波产生的电子束持续时间特别短,并且聚焦紧密,因此它们可以用来对快速变化的现象进行成像。在这个项目中,世界上最强大的激光器之一,美国国家科学基金会资助的密歇根大学的大力神激光器,将被用来产生电子束,以探测激光与固体材料相互作用时产生的电磁场结构。特别是,它们包括表面磁场、重联磁场和韦伯不稳定性细丝。强电子束也将被用来加热和产生高能量密度的等离子体,这些等离子体可以用来更好地理解实验室环境中的天体物理相关现象。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(7)
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专利数量(0)
Polarized QED cascades
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/abf584
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    D. Seipt;C. Ridgers;D. Del Sorbo;Alec G. R. Thomas
  • 通讯作者:
    D. Seipt;C. Ridgers;D. Del Sorbo;Alec G. R. Thomas
Predominant contribution of direct laser acceleration to high-energy electron spectra in a low-density self-modulated laser wakefield accelerator
低密度自调制激光尾场加速器中直接激光加速对高能电子谱的主要贡献
  • DOI:
    10.1103/physrevaccelbeams.24.011302
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    King, P. M.;Miller, K.;Lemos, N.;Shaw, J. L.;Kraus, B. F.;Thibodeau, M.;Hegelich, B. M.;Hinojosa, J.;Michel, P.;Joshi, C.
  • 通讯作者:
    Joshi, C.
2020 roadmap on plasma accelerators
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/abcc62
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Albert, Felicie;Couprie, M. E.;Zeil, Karl
  • 通讯作者:
    Zeil, Karl
Characterization of laser wakefield acceleration efficiency with octave spanning near-IR spectrum measurements
  • DOI:
    10.1103/physrevaccelbeams.25.101302
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    M. Streeter;Y. Ma;B. Kettle;S. Dann;E. Gerstmayr;F. Albert;N. Bourgeois;S. Cipiccia;J. Cole;I. Gallardo González;A. Hussein;D. Jaroszynski;K. Falk;K. Krushelnick;N. Lemos;N. Lopes;C. Lumsdon;O. Lundh;S. Mangles;Z. Najmudin;P. Rajeev;R. Sandberg;M. Shahzad;M. Šmíd;R. Spesyvtsev;D. Symes;G. Vieux;A. Thomas
  • 通讯作者:
    M. Streeter;Y. Ma;B. Kettle;S. Dann;E. Gerstmayr;F. Albert;N. Bourgeois;S. Cipiccia;J. Cole;I. Gallardo González;A. Hussein;D. Jaroszynski;K. Falk;K. Krushelnick;N. Lemos;N. Lopes;C. Lumsdon;O. Lundh;S. Mangles;Z. Najmudin;P. Rajeev;R. Sandberg;M. Shahzad;M. Šmíd;R. Spesyvtsev;D. Symes;G. Vieux;A. Thomas
Modeling chromatic emittance growth in staged plasma wakefield acceleration to 1 TeV using nonlinear transfer matrices
使用非线性传输矩阵对分级等离子体尾场加速至 1 TeV 的色发射度增长进行建模
  • DOI:
    10.1103/physrevaccelbeams.24.104602
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Thomas, Alec G. R.;Seipt, Daniel
  • 通讯作者:
    Seipt, Daniel
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    10.1007/978-3-531-93449-5_2
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • DOI:
    10.1103/physrevlett.107.065003
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    F. Dollar;Takeshi Matsuoka;George Petrov;Alexander Thomas;S. Bulanov;V. Chvykov;Jack Davis;G. Kalinchenko;C. McGuffey;L. Willingale;V. Yanovsky;A. Maksimchuk;K. Krushelnick
  • 通讯作者:
    K. Krushelnick

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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
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