【仪表网 研发快讯】 近日，郑州大学物理学院万阳教授团队在等离子体尾场加速研究领域取得积极进展。研究团队利用自主研发的超快高能电子成像技术，实现了对等离子体尾场及驱动电子束的单次、原位观测，揭示了电子束驱动等离子体尾场由线性向非线性转变以及电子束与尾场动态耦合的物理过程，为深入理解和调控等离子体加速中的束流动力学提供了新的实验手段。
等离子体尾场加速利用高能电子束驱动等离子体产生强电磁场，具有加速梯度高等优势，是发展新一代高能粒子加速器的重要方向。然而，驱动电子束与等离子体尾场之间存在复杂的瞬态相互作用，其演化过程难以通过传统手段直接观测。针对这一问题，研究团队以飞秒、高能电子束作为探针，对电子束驱动的等离子体尾场进行成像，从而获得了电子束和尾场相互作用过程的直接实验信息。
研究发现，随着驱动电子束电荷增加，等离子体尾场由线性状态逐渐进入弱非线性状态；在非线性状态下，电子束尾部产生明显的束流加载效应，使纵向电场发生展平，同时尾部电子束受到横向尾场作用并发生聚焦。研究团队进一步结合粒子模拟，揭示了电子束尾部演化与尾场结构变化之间的内在联系，并发展了适用于较强探针密度调制条件下的尾场重构方法，实现了对尾场电场结构的定量重构。研究结果为研究束流加载、束流聚焦及束流不稳定性等关键过程提供了新的实验依据。
相关研究成果以“Unveiling the beam-wake interactions in plasma wakefield acceleration”为题，发表在国际知名期刊《Nature Communications》上。郑州大学物理学院万阳教授为论文第一作者和通讯作者，郑州大学物理学院、中原之光实验室为第一完成单位，合作单位还包括以色列魏茨曼科学研究所、法国巴黎综合理工学院等单位。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院先导B专项、河南省自然科学基金等项目支持，相关数值模拟工作依托郑州大学国家超级计算郑州中心完成。
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