MARC

 008250224s2024        us  ||||||||||||||c||eng  d
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■020    ▼a9798382839660
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31331927
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aHildebrand,  Lance  Arthur.
■24510▼aTransverse  Instability  and  Beam  Realignment  in  Plasma  Wakefield  Acceleration.
■260    ▼a[S.l.]▼bUniversity  of  California,  Los  Angeles.  ▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a236  p.
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Mori,  Warren  B.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Los  Angeles,  2024.
■520    ▼aIn  this  dissertation,  some  of  the  major  obstacles  facing  the  design  of  a  future  multistage  plasma-based  linear  collider  (LC)  are  addressed.  Plasma-based  acceleration  (PBA)  is  being  considered  for  future  LC  designs  because  of  large  acceleration  gradients  that  may  dramatically  reduce  the  size  and  cost.  A  critical  challenge  for  PBA  is  ensuring  the  quality,  i.e.,  the  energy  spread  and  emittance,  of  the  witness  beam  is  maintained.  This  requires  transporting  the  witness  beam  in  a  stable  manner  even  when  there  is  an  offset  between  the  drive  and  witness  beams,  both  in  the  plasma  and  between  stages.  When  the  tightly  focused,  high  charge  electron  beams  required  for  LCs  are  matched  to  the  transverse  wakefield,  the  space  charge  forces  of  the  beam  move  the  plasma  ions  significantly  within  the  transit  time  of  the  beam.  This  ion  motion,  perturbs  the  wakefields  which  can  cause  degradation  to  the  beam  quality.  In  this  dissertation,  the  acceleration  of  electron  beams  in  nonlinear  wakefields  driven  by  electron  beams  is  investigated  using  both  theoretical  models  and  particle-in-cell  (PIC)  simulations.  Cases  where  there  are  misalignments  between  the  drive  and  witness  beam,  both  with  and  without  ion  motion  are  considered.  Novel  ideas  to  help  address  these  issues  are  provided.The  existing  theory  for  describing  the  hosing  instability  is  extended  to  regimes  relevant  to  future  experiments  and  ultimately  the  LC  regime.  An  azimuthal  mode  decomposition  is  employed  to  solve  for  the  fields  at  the  plasma  sheath  boundary,  improving  the  hosing  theory  so  that  it  provides  better  agreement  with  PIC  simulations.  Another  issue,  that  has  largely  been  unstudied,  is  beams  with  asymmetrical  transverse  sizes.  The  same  azimuthal  decomposition  method  can  be  used  to  characterize  the  wakefields  created  by  such  asymmetric  beams.Methods  to  mitigate  the  hosing  instability  are  discussed  and  investigated.  There  have  been  many  studies  recently  with  different  methods  to  detune  the  resonance  between  the  beam  and  plasma  channel  and  damp  the  instability.  These  are  based  on  varying  the  betatron  frequency  (oscillation  frequency  of  the  centroid  of  the  beam)  or  focusing  force  along  the  bunch.  The  idea  of  using  a  sufficient  energy  chirp  on  the  witness  beam  that  will  eventually  be  corrected  while  accelerating  because  it  underloads  the  plasma  wake  is  discussed,  as  well  as  the  idea  of  using  an  asymmetric  drive  beam  that  causes  the  focusing  force  to  vary  along  the  witness  beam,  both  of  which  will  cause  the  witness  beam  hosing  to  be  damped.The  issue  of  plasma  ion  motion  is  addressed.  The  ion  density  distributions  and  resulting  wakefields  from  tightly  focused  electron  beams  are  described  and  a  model  for  how  the  emittance  evolves  in  these  ion  density  profiles  when  the  beam  is  asymmetric  or  has  an  offset  is  developed.  It  was  found  that  when  the  drive  beam  induces  ion  motion  before  the  witness  beam,  it  can  fully  eliminate  the  hosing  and  realign  the  witness  beam,  but  at  the  cost  of  large  emittance  growth  in  a  uniform  plasma.  Using  PIC  simulations  to  study  the  LC  regime,  where  ion  motion  is  significant,  it  is  possible  to  adiabatically  match  the  beams  in  the  presence  of  ion  motion  using  plasma  density  ramps  while  essentially  eliminating  any  transverse  misalignment  of  the  witness  beam  and  maintaining  the  beam  emittance,  enabling  stable  transport  of  high  quality  electron  beams  for  future  PWFA-LCs.  A  single  stage  for  which  the  witness  electron  beam  is  realigned,  emittance  growth  is  limited  to  a  few  percent,  the  energy  spread  is  limited  to  less  than  a  percent,  and  there  is  50  percent  drive-to-witness  energy  transfer  efficiency  is  presented.
■590    ▼aSchool  code:  0031.
■650  4▼aPhysics.
■650  4▼aElectromagnetics.
■650  4▼aApplied  mathematics.
■650  4▼aComputational  physics.
■653    ▼aAccelerators
■653    ▼aWitness  beams
■653    ▼aLinear  colliders
■653    ▼aHosing
■653    ▼aInstability
■653    ▼aPlasma  wakefield  accelerator
■690    ▼a0605
■690    ▼a0216
■690    ▼a0607
■690    ▼a0364
■71020▼aUniversity  of  California,  Los  Angeles▼bPhysics  0666.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-12B.
■790    ▼a0031
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162481▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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