The dynamics of wave-particle interactions in magnetized plasmas restricts the wave amplitude to moderate values for particle beam acceleration from rest energy. We analyze how a perturbing invariant robust barrier modifies the phase space of the system and enlarges the wave amplitude interval for particle acceleration. For low values of the wave amplitude, the acceleration becomes effective for particles with initial energy close to the rest energy. For higher values of the wave amplitude, the robust barrier controls chaos in the system and restores the acceleration process. We also determine the best position for the perturbing barrier in phase space in order to increase the final energy of the particles.

1.
A. J.
Lichtenberg
and
M. A.
Lieberman
,
Regular and Chaotic Dynamics
, 2nd ed. (
Springer
,
New York
,
1992
).
2.
P. K.
Shukla
,
N. N.
Rao
,
M. Y.
Yu
, and
N. L.
Tsintsadze
,
Phys. Rep.
138
,
1
(
1986
).
3.
J. T.
Mendonça
,
Theory of Photon Acceleration
(
IOP Publishing
,
Bristol
,
2001
).
4.
R.
Pakter
and
G.
Corso
,
Phys. Plasmas
2
,
4312
(
1995
).
5.
C. F. F.
Karney
,
Phys. Fluids
21
,
1584
(
1978
).
6.
T.
Tajima
and
J. M.
Dawson
,
Phys. Rev. Lett.
43
,
267
(
1979
).
7.
R.
Spektor
and
E. Y.
Choueiri
,
Phys. Rev. E
69
,
046402
(
2004
).
8.
M. C.
de Sousa
,
F. M.
Steffens
,
R.
Pakter
, and
F. B.
Rizzato
,
Phys. Rev. E
82
,
026402
(
2010
).
9.
M. C.
de Sousa
,
I. L.
Caldas
,
F. B.
Rizzato
,
R.
Pakter
, and
F. M.
Steffens
,
Phys. Rev. E
86
,
016217
(
2012
).
10.
R. C.
Davidson
and
H.
Qin
,
Physics of Intense Charged Particle Beams in High Energy Accelerators
(
World Scientific
,
London
,
2001
).
11.
D. A.
Edwards
and
M. J.
Syphers
,
An Introduction to the Physics of High Energy Accelerators
(
Wiley-VCH
,
Weinheim
,
2004
).
12.
N. J.
Fisch
,
Rev. Mod. Phys.
59
,
175
(
1987
).
13.
H. L.
Berk
,
B. N.
Breizman
, and
H.
Ye
,
Phys. Rev. Lett.
68
,
3563
(
1992
).
14.
J. R.
Cary
,
Phys. Rev. Lett.
49
,
276
(
1982
).
15.
J. R.
Cary
and
J. D.
Hanson
,
Phys. Fluids
29
,
2464
(
1986
).
16.
T.
Shinbrot
,
C.
Grebogi
,
E.
Ott
, and
J. A.
Yorke
,
Nature
363
,
411
(
1993
).
17.
K. H.
Spatschek
,
M.
Eberhard
, and
H.
Friedel
,
Phys. Mag.
20
(2),
85
(
1998
).
18.
M. S.
Baptista
and
I. L.
Caldas
,
Chaos
8
,
290
(
1998
).
19.
D. J.
Gauthier
,
Am. J. Phys.
71
,
750
(
2003
).
20.
S. R.
Hudson
,
Phys. Plasmas
11
,
677
(
2004
).
21.
C.
Chandre
,
M.
Vittot
,
G.
Ciraolo
,
P.
Ghendrih
, and
R.
Lima
,
Nucl. Fusion
46
,
33
(
2006
).
22.
S. L. T.
de Souza
,
I. L.
Caldas
, and
R. L.
Viana
,
Chaos, Solitons Fractals
32
,
745
(
2007
).
23.
M. A. F.
Sanjuán
and
C.
Grebogi
,
Recent Progress in Controlling Chaos
(
World Scientific
,
London
,
2010
).
24.
L. S.
Pontryagin
,
V. G.
Boltyanskii
,
R. V.
Gamkrelidze
, and
E. F.
Mishchenko
,
The Mathematical Theory of Optimal Processes
(
Wiley
,
New York
,
1961
).
25.
E.
Ott
,
C.
Grebogi
, and
J. A.
Yorke
,
Phys. Rev. Lett.
64
,
1196
(
1990
).
26.
R.
Lima
and
M.
Pettini
,
Phys. Rev. A
41
,
726
(
1990
).
27.
Y. C.
Lai
,
M.
Ding
, and
C.
Grebogi
,
Phys. Rev. E
47
,
86
(
1993
).
28.
E.
Ott
and
M.
Spano
,
Phys. Today
48
(5),
34
(
1995
).
30.
G.
Ciraolo
,
F.
Briolle
,
C.
Chandre
,
E.
Floriani
,
R.
Lima
,
M.
Vittot
,
M.
Pettini
,
C.
Figarella
, and
P.
Ghendrih
,
Phys. Rev. E
69
,
056213
(
2004
).
31.
G.
Ciraolo
,
C.
Chandre
,
R.
Lima
,
M.
Vittot
,
M.
Pettini
,
C.
Figarella
, and
P.
Ghendrih
,
J. Phys. A
37
,
3589
(
2004
).
32.
C.
Chandre
,
G.
Ciraolo
,
F.
Doveil
,
R.
Lima
,
A.
Macor
, and
M.
Vittot
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
074101
(
2005
).
33.
M.
Vittot
,
C.
Chandre
,
G.
Ciraolo
, and
R.
Lima
,
Nonlinearity
18
,
423
(
2005
).
34.
G.
Ciraolo
,
C.
Chandre
,
R.
Lima
,
M.
Vittot
,
M.
Pettini
, and
P.
Ghendrih
,
Europhys. Lett.
69
,
879
(
2005
).
35.
A.
Macor
,
F.
Doveil
,
C.
Chandre
,
G.
Ciraolo
,
R.
Lima
, and
M.
Vittot
,
Eur. Phys. J. D
41
,
519
(
2007
).
36.
R. E.
de Carvalho
and
G. M.
Favaro
,
Physica A
350
,
173
(
2005
).
37.
R. E.
de Carvalho
,
C. G. L.
Martins
, and
G. M.
Favaro
,
Braz. J. Phys.
39
,
606
(
2009
).
38.
C. G. L.
Martins
,
R. E.
de Carvalho
,
I. L.
Caldas
, and
M.
Roberto
,
J. Phys. A
43
,
175501
(
2010
).
39.
C. G. L.
Martins
,
R. E.
de Carvalho
,
I. L.
Caldas
, and
M.
Roberto
,
Physica A
390
,
957
(
2011
).
40.
F. A.
Marcus
,
I. L.
Caldas
,
Z. O.
Guimarães-Filho
,
P. J.
Morrison
,
W.
Horton
,
Y. K.
Kuznetsov
, and
I. C.
Nascimento
,
Phys. Plasmas
15
,
112304
(
2008
).
41.
H.
Frerichs
,
D.
Reiter
,
O.
Schmitz
,
P.
Cahyna
,
T. E.
Evans
,
Y.
Feng
, and
E.
Nardon
,
Phys. Plasmas
19
,
052507
(
2012
).
42.
A. C.
Fraile
, Jr.
,
M.
Roberto
,
I. L.
Caldas
, and
C. G. L.
Martins
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
45
,
2906
(
2017
).
43.
M. C.
de Sousa
,
I. L.
Caldas
,
A. M. O.
de Almeida
,
F. B.
Rizzato
, and
R.
Pakter
,
Phys. Rev. E
88
,
064901
(
2013
).
You do not currently have access to this content.