THz-driven multi-stage relativistic beamline design and beam dynamics

太赫兹驱动的多级相对论光束线设计和光束动力学

基本信息

  • 批准号:
    2905219
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Terahertz-driven acceleration and manipulation of non-relativistic and relativistic particle beams is rapidly evolving to centre-stage in the drive to novel accelerator methods. In the Cockcroft Institute (and supported by CI core and quota PhD students) we performed [1] the first proof-of-principle THz- driven phase-velocity-matched interaction in a dielectric-lined waveguide, with acceleration up to 10 keV. In the most recent CLARA run we demonstrated [2] record THz-driven linear acceleration of relativistic 35.5 MeV, 20-100 pC electron beams, and advanced manipulation of the bunch to show de- chirping and the modulation necessary for the generation of micro-bunches. In parallel we have shown how chained waveguides in the MeV regime can be used to maintain bunch quality in staged accelerator [3]. We are also exploring non-relativistic beams, focused around our 100 keV non-relativistic experimental rig in a purpose-built bunker at Daresbury Laboratory and recently demonstrated electron bunch deflection using THz-driven structures, where we observe the streaking on the screen of electron bunches. We are now aiming to demonstrate that acceleration to MeV beam energies can be achieved with THz acceleration, and beam control can be achieved with synchronised THz compression. Our work is showing rapid progress but now we need to demonstrate the capability of these advances to deliver a longer beamline and hence a larger energy facility, and solve the beam-related problems that using multi-staged THz-driven structures will present. Currently, this is an unsolved problem as no beamline design exists that will couple multiple structures whilst preserving beam quality during acceleration, and the student on this project will develop the first complete THz-DLA complete facility design. The student will test the beamline concepts on the THz bunker, using a 100 keV source, that we are commissioning soon at Daresbury Laboratory.
太赫兹驱动的非相对论和相对论粒子束的加速和操纵正在迅速发展到新的加速器方法的驱动器的中心阶段。在Cockcroft研究所(并得到CI核心和配额博士生的支持),我们在介质内衬波导中进行了[1]第一次原理证明THz驱动的相位速度匹配相互作用,加速度高达10 keV。在最新的TECHNA运行中,我们展示了[2]记录相对论35.5 MeV,20-100 pC电子束的太赫兹驱动线性加速,以及对聚束的高级操纵,以显示去啁啾和产生微聚束所需的调制。与此同时,我们已经展示了如何在MeV制度的链式波导可以用来保持分级加速器中的聚束质量[3]。我们还在探索非相对论性光束,这些光束聚焦在达雷斯伯里实验室专门建造的掩体中的100 keV非相对论性实验装置周围,并且最近展示了使用太赫兹驱动结构的电子束团偏转,在那里我们观察到电子束团屏幕上的条纹。我们现在的目标是证明,加速到MeV的光束能量可以实现太赫兹加速,和光束控制可以实现同步太赫兹压缩。我们的工作正在取得快速进展,但现在我们需要证明这些进步能够提供更长的光束线,从而提供更大的能源设施,并解决使用多级太赫兹驱动结构将出现的光束相关问题。目前,这是一个未解决的问题,因为没有光束线设计存在,将耦合多个结构,同时保持加速过程中的光束质量,该项目的学生将开发第一个完整的THz-DLA完整的设施设计。学生将测试太赫兹掩体上的光束线概念,使用100千电子伏的源,我们很快在达雷斯伯里实验室调试。

项目成果

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