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Accès ouvert déclaré 2026 article

Bubble merging in laser wakefield acceleration as a way towards high-charge 1-GeV class electron beams

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4Pays d’affiliation déclarés

Rattachement africain : cn, ir, ru, hu. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Abstract Laser wakefield acceleration offers ultra-high accelerating gradients, enabling compact sources of multi-GeV electron beams with femtosecond durations and quasi-monoenergetic spectra. In this work, we investigated the nonlinear evolution of plasma bubbles and their effect on electron injection and energy gain, using high-fidelity, multi-dimensional particle-in-cell (PIC) simulations performed with the open-source code SMILEI. A relativistically intense laser pulse ( a 0 =7.7, λ 0 =0.8 μ m, w 0 =20 μ m, E = 30 J, and τ = 30 fs) propagated through a helium gaseous medium with a plateau density of n e =7 × 10 18 cm −3 after complete ionization. The simulations revealed complex bubble dynamics, including initial formation, disruption, destruction, and bubble merging, strongly influenced by local longitudinal electric field E x approaching or exceeding the cold wave-breaking limit E WB . Exceeding the wave-breaking field E WB triggered bubble destabilization, while the bubble merging at the end of the plateau plasma density region extended the acceleration length, sustaining high longitudinal fields on the order of 1 TV m −1 and boosting continuous electron injection. This mechanism produced a dense, quasi-monoenergetic electron bunch with a charge of 1 nC, a peak energy of ∼1 GeV, femtosecond-scale duration, energy spread below 10%, rms angular divergence θ y of 7 mrad , and a longitudinal rms beam size of σ x = 10 μ m . Comprehensive analysis of the wakefield evolution demonstrated that exploiting nonlinear bubble evolution and interactions near the wave-breaking limit can enhance both energy gain and electron beam quality, providing actionable strategies for next-generation compact LPAs.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Bubble merging in laser wakefield acceleration as a way towards high-charge 1-GeV class electron beams
Date Crossref
01/09/2026
Éditeur
IOP Publishing
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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