Sparc-Lab BETAtron radiation TEST-bed
Responsabile Locale: Alessandro Cianchi; Responsabile Nazionale: Enrica Chiadroni (LNF).
Questa ricerca si concentra sull’emissione di radiazione betatronica nell’accelerazione di wakefield in plasma indotta da fasci presso SPARC_LAB [1], utilizzato come banco di prova per lo sviluppo di ondulatori basati sul plasma. Nell’ambito dell’infrastruttura ESFRI EuPRAXIA [2] e del progetto EuPRAXIA@SPARC_LAB [3], vi è un forte interesse per strutture compatte basate sul plasma, non solo per l’accelerazione ma anche per la generazione di radiazione FEL. Sono stati compiuti sforzi per miniaturizzare diagnostiche, dispositivi di rivelazione e linee di trasporto, ad esempio utilizzando lenti al plasma attive [4]. Tuttavia, gli ondulatori convenzionali restano ingombranti e costosi. Concetti avanzati di ondulatori sono fondamentali per superare questi limiti, con il moto betatronico nei canali ionici che offre un’alternativa compatta. I concetti di manipolazione elettronica basati sul plasma risalgono agli anni ’80–’90 [5], ma studi recenti sugli ondulatori al plasma sottodenso hanno rinnovato l’interesse. Gli ondulatori basati su onde di plasma [6] sono stati esplorati nell’accelerazione laser-plasma [7,8], dimostrando possibilità di regolazione in lunghezza d’onda e polarizzazione [9,10]. È ora necessaria una validazione sperimentale per dimostrarne la fattibilità come sorgenti compatte di FEL [11].
Questo esperimento ottimizza, tramite simulazioni, la radiazione betatronica prodotta da un singolo bunch tipo driver e da una struttura a due bunch di tipo comb presso SPARC_LAB (~120 MeV), utilizzando capillari di plasma lunghi 10 cm. Un aspetto cruciale è la sorgente di plasma per la produzione della colonna ionica, che deve garantire un regime “senza wake” per minimizzare l’accelerazione del fascio testimone. La radiazione betatronica, che porta informazioni sull’interazione fascio-plasma, servirà come diagnostica di fascio single-shot e non intercettiva [12]. Questo studio si allinea al progetto PNRR-EuAPS presso INFN-LNF, che mira a realizzare una sorgente di raggi X basata sulla radiazione betatronica a SPARC_LAB per applicazioni XPCI, XAS e XES.
[1] M. Ferrario et al. SPARC_LAB present and future. Nucl. Instrum. Methods B 309, 183–188, (2013).
[2] Assmann, R. W. et al. Eupraxia conceptual design report. Eur. Phys. J. Spec. Top. 229,3675–4284 (2020).
[3] M. Ferrario et al., “EuPRAXIA@SPARC_LAB Design study towards a compact FEL facility at LNF” Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 909 (2018) 134–138.
[4] Active Plasma Lenses
[5] D.H. Whittum, A.M. Sessler, J.M. Dawson, Ion-channel laser, Phys. Rev. Lett. 64 (1990) 2511–2514, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.64.2511.
[6] R. Williams, C. Clayton, C. Joshi, T. Katsouleas, Studies of classical radiation emission from plasma wave undulators, IEEE Trans. Plasma Sci. 21 (1) (1993) 156–166, http://dx.doi.org/10.1109/27.221115.
[7] S. Corde, K. Ta Phuoc, Plasma wave undulator for laser-accelerated electrons, Phys. Plasmas (1994-Present) 18 (3) (2011) 033111, http: //dx.doi.org/10.1063/1.3569827, URL http://scitation.aip.org/content/aip/journal/pop/18/3/10.1063/1.3569827.
[8] S. Rykovanov, C. Schroeder, E. Esarey, C.R. Geddes, W. Leemans, Plasma undulator based on laser excitation of wakefields in a plasma channel, Phys. Rev. Lett. 114 (2015) 145003, http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.145003.
[9] J. Luo, M. Chen, M. Zeng, J. Vieira, L. Yu, S. Weng, L. Silva, D. Jaroszynski, Z. Sheng, J. Zhang, A compact tunable polarized X-ray source based on laser-plasma helical undulators, Sci. Rep. 6 (2016) 29101, http://dx.doi.org/10.1038/srep29101.
[10] I. Andriyash, R. Lehe, A. Lifschitz, C. Thaury, J.-M. Rax, K. Krushelnick, V. Malka, An ultracompact X-ray source based on a laser-plasma undulator, Nature Commun. 5 (2014) http://dx.doi.org/10.1038/ncomms5736.
[11] B. Ersfeld et al., New J. Phys. 16, 093025 (2014).
[12] A. Curcio et al., Phys. Rev. Accel. Beams 20, 012801 (2017).