Dynamics of plasma excited by the periodic sequence of relativistic electron bunches

Abstract

Wake wave excited by the resonant sequence of electron bunches grows to high amplitude after passage of several bunches. As electron bunches are injected into plasma at the same point, it results to high-amplitude plasma oscillations at the limited area in the plasma volume. Relaxation of the wake wave causes plasma heating via Landau damping. It moves to background plasma pressing-out from this area. So plasma density spatial distribution is disturbed. Such density profile deformation causes plasma frequency deviation, so that initial Cherenkov resonance is broken. Local plasma density decreases almost linearly with time. Front of the density perturbation has the shape similar to collision less shock wave.

Кільватерна хвиля, збуджена резонансною послідовністю електронних згустків, зростає до великих амплітуд після проходження кількох згустків. Так як електронні згустки інжектуються в плазму в одній і тій же точці, це призводить до високоамплітудних плазмових осциляцій в обмеженій області плазмового об’єму. Релаксація кільватерної хвилі призводить до нагрівання фонової плазми за механізмом затухання Ландау. Це призводить до видавлювання фонової плазми з цієї області. Тож, просторовий розподіл густини плазми збурюється. Така деформація профілю густини призводить до відхилення ленгмюрівської частоти, тож початковий черенковський резонанс зникає. Локальна густина плазми спадає з часом майже лінійно. Фронт збурення густини має форму, схожу на фронт ударної хвилі без зіткнень.

Кильватерная волна, возбужденная резонансной последовательностью электронных сгустков, увеличивается до больших амплитуд после прохождения нескольких сгустков. Так как электронные сгустки инжектируются в одной и той же точке, это приводит к высокоамплитудным плазмовым осцилляциям в ограниченной области плазменного объема. Релаксация кильватерной волны приводит к нагреванию фоновой плазмы по механизму затухания Ландау. Это приводит к выдавливанию фоновой плазмы с этой области. Таким образом, пространственное распределение плотности фоновой плазмы претерпевает возмущение. Такая деформация профиля плотности приводит к отклонению ленгмюровской частоты, поэтому начальный черенковский резонанс исчезает. Локальная плотность плазмы падает со временем почти линейно. Фронт возмущения плотности имеет форму, похожую на фронт ударной волны без столкновений.