A plasma beam dump uses the collective oscillations of plasma electrons to absorb the kinetic energy of a particle beam. In this paper, a modified passive plasma beam dump scheme is proposed using either a gradient or stepped plasma profile to maintain a higher decelerating gradient compared with a uniform plasma. The improvement is a result of the plasma wavelength change preventing the re-acceleration of low energy particles. Particle-in-cell simulation results show that both stepped and gradient plasma profiles can achieve improved energy loss compared with a uniform plasma for an electron bunch of parameters routinely achieved in laser wakefield acceleration.

1.
E.
Carlier
,
U.
Jansson
,
R.
Jung
,
V.
Mertens
,
S.
Péraire
,
M.
Ross
,
G.
Schröder
,
G. R.
Stevenson
,
E. B.
Vossenberg
,
E.
Weisse
, and
J. M.
Zazula
, in
Proceedings of the 4th European Particle Accelerator Conference
(
1994
), p.
2494
.
2.
C.
Adolphsen
,
M.
Barone
,
B.
Barish
,
K.
Buesser
,
P.
Burrows
,
J.
Carwardine
,
J.
Clark
,
H.
Mainaud Durand
,
G.
Dugan
,
E.
Elsen
,
A.
Enomoto
,
B.
Foster
,
S.
Fukuda
,
W.
Gai
,
M.
Gastal
,
R.
Geng
,
C.
Ginsburg
,
S.
Guiducci
,
M.
Harrison
,
H.
Hayano
,
K.
Kershaw
,
K.
Kubo
,
V.
Kuchler
,
B.
List
,
W.
Liu
,
S.
Michizono
,
C.
Nantista
,
J.
Osborne
,
M.
Palmer
,
J.
McEwan Paterson
,
T.
Peterson
,
N.
Phinney
,
P.
Pierini
,
M.
Ross
,
D.
Rubin
,
A.
Seryi
,
J.
Sheppard
,
N.
Solyak
,
S.
Stapnes
,
T.
Tauchi
,
N.
Toge
,
N.
Walker
,
A.
Yamamoto
, and
K.
Yokoya
, “
ILC technical design report vol. 3, part II—Baseline design
,”
Technical Report No. ILC-REPORT-2013-040
(Linear Collider Collaboration, Batavia, IL, USA,
2013
).
3.
P.
Satyamurthy
,
P.
Rai
,
V.
Tiwari
,
K.
Kulkarni
,
J.
Amann
,
R. G.
Arnold
,
D.
Walz
,
A.
Seryi
,
T.
Davenne
,
O.
Caretta
,
C.
Densham
, and
R.
Appleby
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
679
,
67
(
2012
).
4.
D.
Schumann
,
J.
Neuhausen
,
J.
Eikenberg
,
M.
Rüthi
,
M.
Wohlmuther
,
P. W.
Kubik
,
H. A.
Synal
,
V.
Alfimov
,
G.
Korschinek
,
G.
Rugel
, and
T.
Faestermann
,
Radiochim. Acta
97
,
123
(
2009
).
5.
A.
Leuschner
and
K.
Tesch
, “
The residual radioactivity of a water-copper beam dump for the TESLA test facility
,”
Technical Report No. DESY D3-92
(Deutsches Elektronen-Synchrotron, Hamburg, Germany,
1998
).
6.
D. R.
Walz
,
J.
Jurow
, and
E. L.
Garwin
,
IEEE Trans. Nucl. Sci.
12
,
867
(
1965
).
7.
K.
Nordlund
,
A.
Sand
,
F.
Granberg
,
S. J.
Zinkle
,
R.
Stoller
,
R. S.
Averback
,
T.
Suzudo
,
L.
Malerba
,
F.
Banhart
,
W. J.
Weber
,
F.
Willaime
,
S.
Dudarev
, and
D.
Simeone
, “
Primary radiation damage in materials
,”
Technical Report No. NEA/NSC/DOC(2015)9
(OECD-NEA, Paris, France,
2015
).
8.
A.
Leuschner
, “
Another crazy idea of an LC dump compared to the water dump design
,”
LC-ABD Dump Meetings
(
2005
).
9.
H. C.
Wu
,
T.
Tajima
,
D.
Habs
,
A. W.
Chao
, and
J.
Meyer-ter Vehn
,
Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams
13
,
101303
(
2010
).
10.
Particle Data Group
,
Phys. Lett. B
667
,
261
(
2008
).
11.
M.
Hogan
,
T. O.
Raubenheimer
,
A.
Seryi
,
T.
Katsouleas
,
C.
Huang
,
W.
Lu
,
W.
An
,
K. A.
Marsh
,
W. B.
Mori
,
C. E.
Clayton
, and
C.
Joshi
,
New J. Phys.
12
,
055030
(
2010
).
12.
S.
Chou
, “
Investigation of electron acceleration and deceleration in plasmas
,” Ph.D. thesis,
Ludwig-Maximilian University of Munich
,
Munich, Germany
,
2015
.
13.
S.
Chou
,
J.
Xu
,
K.
Khrennikov
,
D. E.
Cardenas
,
J.
Wenz
,
M.
Heigoldt
,
L.
Hofmann
,
L.
Veisz
, and
S.
Karsch
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
144801
(
2016
).
14.
A.
Bonatto
,
C. B.
Schroeder
,
J. L.
Vay
,
C. G. R.
Geddes
,
C.
Benedetti
,
E.
Esarey
, and
W. P.
Leemans
,
Phys. Plasmas
22
,
083106
(
2015
).
15.
E.
Adli
,
C.
Lindstrøm
,
J.
Allen
,
C.
Clarke
,
J.
Frederico
,
S.
Gessner
,
S.
Green
,
M.
Hogan
,
M.
Litos
,
B.
O'Shea
,
V.
Yakimenko
,
W.
An
,
C.
Clayton
,
K.
Marsh
,
W.
Mori
,
C.
Joshi
,
N.
Vafaei-Najafabadi
,
S.
Corde
, and
W.
Lu
,
New J. Phys.
18
,
103013
(
2016
).
16.
I.
Blumenfeld
,
C. E.
Clayton
,
F. J.
Decker
,
M. J.
Hogan
,
C.
Huang
,
R.
Ischebeck
,
R.
Iverson
,
C.
Joshi
,
T.
Katsouleas
,
N.
Kirby
,
W.
Lu
,
K. A.
Marsh
,
W. B.
Mori
,
P.
Muggli
,
E.
Oz
,
R. H.
Siemann
,
D.
Walz
, and
M.
Zhou
,
Nature
445
,
741
(
2007
).
17.
M.
Litos
,
E.
Adli
,
W.
An
,
C. I.
Clarke
,
C. E.
Clayton
,
S.
Corde
,
J. P.
Delahaye
,
R. J.
England
,
A. S.
Fisher
,
J.
Frederico
,
S.
Gessner
,
S. Z.
Green
,
M. J.
Hogan
,
C.
Joshi
,
W.
Lu
,
K. A.
Marsh
,
W. B.
Mori
,
P.
Muggli
,
N.
Vafaei-Najafabadi
,
D.
Walz
,
G.
White
,
Z.
Wu
,
V.
Yakimenko
, and
G.
Yocky
,
Nature
515
,
92
(
2014
).
18.
S.
Corde
,
E.
Adli
,
J. M.
Allen
,
W.
An
,
C. I.
Clarke
,
C. E.
Clayton
,
J. P.
Delahaye
,
J.
Frederico
,
S.
Gessner
,
S. Z.
Green
,
M. J.
Hogan
,
C.
Joshi
,
N.
Lipkowitz
,
M.
Litos
,
W.
Lu
,
K. A.
Marsh
,
W. B.
Mori
,
M.
Schmeltz
,
N.
Vafaei-Najafabadi
,
D.
Walz
,
V.
Yakimenko
, and
G.
Yocky
,
Nature
524
,
442
(
2015
).
19.
S.
Karsch
,
J.
Osterhoff
,
A.
Popp
,
T. P.
Rowlands-Rees
,
Z.
Major
,
M.
Fuchs
,
B.
Marx
,
R.
Hörlein
,
K.
Schmid
,
L.
Veisz
,
S.
Becker
,
U.
Schramm
,
B.
Hidding
,
G.
Pretzler
,
D.
Habs
,
F.
Grüner
,
F.
Krausz
, and
S. M.
Hooker
,
New J. Phys.
9
,
415
(
2007
).
20.
J.
Osterhoff
,
A.
Popp
,
Z.
Major
,
B.
Marx
,
T. P.
Rowlands-Rees
,
M.
Fuchs
,
M.
Geissler
,
R.
Hörlein
,
B.
Hidding
,
S.
Becker
,
E. A.
Peralta
,
U.
Schramm
,
F.
Grüner
,
D.
Habs
,
F.
Krausz
,
S. M.
Hooker
, and
S.
Karsch
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
085002
(
2008
).
21.
A.
Buck
,
J.
Wenz
,
J.
Xu
,
K.
Khrennikov
,
K.
Schmid
,
M.
Heigoldt
,
J. M.
Mikhailova
,
M.
Geissler
,
B.
Shen
,
F.
Krausz
,
S.
Karsch
, and
L.
Veisz
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
185006
(
2013
).
22.
V.
Malka
, in
Proceedings of the 4th International Particle Accelerator Conference
(
2013
), p.
11
.
23.
E.
Adli
,
V. B.
Olsen
,
C.
Lindstrøm
,
P.
Muggli
,
O.
Reimann
,
J.
Vieira
,
L.
Amorim
,
C.
Clarke
,
S.
Gessner
,
S.
Green
,
M.
Hogan
,
M.
Litos
,
B.
O'Shea
,
V.
Yakimenko
,
C.
Clayton
,
K.
Marsh
,
W.
Mori
,
C.
Joshi
,
N.
Vafaei-Najafabadi
, and
O.
Williams
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
829
,
334
(
2016
).
24.
C.
Nieter
and
J.
Cary
,
J. Comput. Phys.
196
,
448
(
2004
).
25.
V.
Malka
,
J.
Faure
,
Y.
Glinec
, and
A.
Lifschitz
, in
Proceedings of the 10th European Particle Accelerator Conference
(
2006
), p.
10
.
You do not currently have access to this content.