Supersonic gas jet stabilization in laser–plasma acceleration

Zhen-Zhe Lei; Yan-Jun Gu; Zhan Jin; Shingo Sato; Alexei Zhidkov; Alexandre Rondepierre; Kai Huang; Nobuhiko Nakanii; Izuru Daito; Masakai Kando; Tomonao Hosokai

doi:10.1017/hpl.2023.82

[1] T. Tajima, J. M. Dawson. Phys. Rev. Lett., 43, 267(1979).

[2] E. Esarey, C. B. Schroeder, W. P. Leemans. Rev. Mod. Phys, 81, 1229(2009).

[3] D. Umstadter, J. K. Kim, E. Dodd. Phys. Rev. Lett., 76, 2073(1996).

[4] T. Hosokai, M. Kando, H. Dewa, H. Kotaki, S. Kondo, N. Hasegawa, K. Nakajima, K. Horioka. Opt. Lett., 25, 10(2000).

[5] P. Tomassini, M. Galimberti, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, L. Labate, F. Pegoraro. Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams, 6, 121301(2003).

[6] H. Suk, N. Barov, J. B. Rosenzweig, E. Esarey. Phys. Rev. Lett., 86, 1011(2001).

[7] J. Faure, C. Rechatin, A. Norlin, A. Lifschitz, Y. Glinec, V. Malka. Nature, 444, 737(2006).

[8] W. P. Leemans, B. Nagler, A. J. Gonsalves, C. Tóth, K. Nakamura, C. G. R. Geddes, E. Esarey, C. B. Schroeder, S. M. Hooker. Nat. Phys., 2, 696(2006).

[9] T. Hosokai, K. Kinoshita, A. Zhidkov, A. Maekawa, A. Yamazaki, M. Uesaka. Phys. Rev. Lett., 97, 075004(2006).

[10] X. Davoine, E. Lefebvre, C. Rechatin, J. Faure, V. Malka. Phys. Rev. Lett., 102, 065001(2009).

[11] M. Chen, E. Esareya, C. B. Schroeder, C. G. R. Geddes, W. P. Leemans. Phys. Plasmas, 19, 033101(2012).

[12] R. Lehe, A. F. Lifschitz, X. Davoine, C. Thaury, V. Malka. Phys. Rev. Lett., 111, 085005(2013).

[13] S. Corde, C. Thaury, A. Lifschitz, G. Lambert, K. T. Phuoc, X. Davoine, R. Lehe, D. Douillet, A. Rousse, V. Malka. Nat. Commun., 4, 1501(2013).

[14] A. Buck, J. Wenz, J. Xu, K. Khrennikov, K. Schmid, M. Heigoldt, J. M. Mikhailova, M. Geissler, B. Shen, F. Krausz, S. Karsch, L. Veisz. Phys. Rev. Lett., 110, 185006(2013).

[15] F. Li, J. F. Hua, X. L. Xu, C. J. Zhang, L. X. Yan, Y. C. Du, W. H. Huang, H. B. Chen, C. X. Tang, W. Lu, C. Joshi, W. B. Mori, Y. Q. Gu. Phys. Rev. Lett., 111, 015003(2013).

[16] N. Bourgeois, J. Cowley, S. M. Hooker. Phys. Rev. Lett., 111, 155004(2013).

[17] M. Zeng, M. Chen, L. L. Yu, W. B. Mori, Z. M. Sheng, B. Hidding, D. A. Jaroszynski, J. Zhang. Phys. Rev. Lett., 114, 084801(2015).

[18] M. P. Tooley, B. Ersfeld, S. R. Yoffe, A. Noble, E. Brunetti, Z. M. Sheng, M. R. Islam, D. A. Jaroszynski. Phys. Rev. Lett., 119, 044801(2017).

[19] Z. Jin, H. Nakamura, N. Pathak, Y. Sakai, A. Zhidkov, K. Sueda, R. Kodama, T. Hosokai. Sci. Rep., 9, 20045(2019).

[20] D. N. Gupta, S. R. Yoffe, A. Jain, B. Ersfeld, D. A. Jaroszynski. Sci. Rep., 12, 20368(2022).

[21] K. V. Grafenstein, F. M. Foerster, F. Haberstroh, D. Campbell, F. Irshad, F. C. Salgado, G. Schilling, E. Travac, N. Weiße, M. Zepf, A. Döpp, S. Karsch. Sci. Rep., 13, 11680(2023).

[22] J. Faure, Y. Glinec, A. Pukhov, S. Kiselev, S. Gordienko, E. Lefebvre, J. P. Rousseau, F. Burgy, V. Malka. Nature, 431, 541(2004).

[23] S. P. D. Mangles, C. D. Murphy, Z. Najmudin, A. G. R. Thomas, J. L. Collier, A. E. Dangor, E. J. Divall, P. S. Foster, J. G. Gallacher, C. J. Hooker, D. A. Jaroszynski, A. J. Langley, W. B. Mori, P. A. Norreys, F. S. Tsung, R. Viskup, B. R. Walton, K. Krushelnick. Nature, 431(2004).

[24] C. G. R. Geddes, C. Toth, J. van Tilborg, E. Esarey, C. B. Schroeder, D. Bruhwiler, C. Nieter, J. Cary, W. P. Leemans. Nature, 431, 538(2004).

[25] I. Blumenfeld, C. E. Clayton, F. J. Decker, M. J. Hogan, C. K. 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, M. M. Zhou. Nature, 445, 741(2007).

[26] S. Kneip, C. McGuffey, J. L. Martins, S. F. Martins, C. Bellei, V. Chvykov, F. Dollar, R. Fonseca, C. Huntington, G. Kalintchenko, A. Maksimchuk, S. P. D. Mangles, T. Matsuoka, S. R. Nagel, C. A. J. Palmer, J. Schreiber, K. T. Phuoc, A. G. R. Thomas, V. Yanovsky, L. O. Silva, K. Krushelnick, Z. Najmudin. Nat. Phys., 6, 980(2010).

[27] K. T. Phuoc, S. Corde, C. Thaury, V. Malka, A. Tafzi, J. P. Goddet, R. C. Shah, S. Sebban, A. Rousse. Nat. Photonics, 6, 308(2012).

[28] N. D. Powers, I. Ghebregziabher, G. Golovin, C. Liu, S. Chen, S. Banerjee, J. Zhang, D. P. Umstadter. Nat. Photonics, 8, 28(2014).

[29] 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, G. Yocky. Nature, 515, 92(2014).

[30] E. Adli, A. Ahuja, O. Apsimon, R. Apsimon, A.-M. Bachmann, D. Barrientos, F. Batsch, J. Bauche, V. K. Berglyd Olsen, M. Bernardini, T. Bohl, C. Bracco, F. Braunmüller, G. Burt, B. Buttenschön, A. Caldwell, M. Cascella, J. Chappell, E. Chevallay, M. Chung, D. Cooke, H. Damerau, L. Deacon, L. H. Deubner, A. Dexter, S. Doebert, J. Farmer, V. N. Fedosseev, R. Fiorito, R. A. Fonseca, F. Friebel, L. Garolfi, S. Gessner, I. Gorgisyan, A. A. Gorn, E. Granados, O. Grulke, E. Gschwendtner, J. Hansen, A. Helm, J. R. Henderson, M. Hüther, M. Ibison, L. Jensen, S. Jolly, F. Keeble, S.-Y. Kim, F. Kraus, Y. Li, S. Liu, N. Lopes, K. V. Lotov, L. Maricalva Brun, M. Martyanov, S. Mazzoni, D. Medina Godoy, V. A. Minakov, J. Mitchell, J. C. Molendijk, J. T. Moody, M. Moreira, P. Muggli, E. Öz, C. Pasquino, A. Pardons, F. Peña Asmus, K. Pepitone, A. Perera, A. Petrenko, S. Pitman, A. Pukhov, S. Rey, K. Rieger, H. Ruhl, J. S. Schmidt, I. A. Shalimova, P. Sherwood, L. O. Silva, L. Soby, A. P. Sosedkin, R. Speroni, R. I. Spitsyn, P. V. Tuev, M. Turner, F. Velotti, L. Verra, V. A. Verzilov, J. Vieira, C. P. Welsch, B. Williamson, M. Wing, B. Woolley, G. Xia. Nature, 561(2018).

[31] W. T. Wang, K. Feng, L. Ke, C. Yu, Y. Xu, R. Qi, Y. Chen, Z. Qin, Z. Zhang, M. Fang, J. Liu, K. Jiang, H. Wang, C. Wang, X. Yang, F. Wu, Y. Leng, J.-S. Liu, R. Li, Z. Xu. Nature, 595, 516(2021).

[32] W. P. Leemans, A. J. Gonsalves, H.-S. Mao, K. Nakamura, C. Benedetti, C. B. Schroeder, C. Tóth, J. Daniels, D. E. Mittelberger, S. S. Bulanov, J.-L. Vay, C. G. R. Geddes, E. Esarey. Phys. Rev. Lett., 113, 245002(2014).

[33] A. J. Gonsalves, K. Nakamura, J. Daniels, C. Benedetti, C. Pieronek, T. C. H. de Raadt, S. Steinke, J. H. Bin, S. S. Bulanov, J. van Tilborg, C. G. R. Geddes, C. B. Schroeder, C. Tóth, E. Esarey, K. Swanson, L. Fan-Chiang, G. Bagdasarov, N. Bobrova, V. Gasilov, G. Korn, P. Sasorov, W. P. Leemans. Phys. Rev. Lett., 122, 084801(2019).

[34] A. Döpp, C. Thaury, E. Guillaume, F. Massimo, A. Lifschitz, I. Andriyash, J. P. Goddet, A. Tazfi, K. T. Phuoc, V. Malka. Phys. Rev. Lett., 121, 074802(2018).

[35] L. T. Ke, K. Feng, W. T. Wang, Z. Y. Qin, C. H. Yu, Y. Wu, Y. Chen, R. Qi, Z. J. Zhang, Y. Xu, X. J. Yang, Y. X. Leng, J. S. Liu, R. X. Li, Z. Z. Xu. Phys. Rev. Lett., 126, 214801(2021).

[36] S. Semushin, V. Malka. Rev. Sci. Instrum., 72, 2961(2001).

[37] K. Schmid, L. Veisz. Rev. Sci. Instrum., 83, 053304(2012).

[38] S. Lorenz, G. Grittani, E. Chacon-Golcher, C. M. Lazzarini, J. Limpouch, F. Nawaz, M. Nevrkla, L. Vilanova, T. Levato. Matter Radiat. Extremes, 4, 015401(2019).

[39] L. Rovige, J. Huijts, A. Vernier, I. Andriyash, F. Sylla, V. Tomkus, V. Girdauskas, G. Raciukaitis, J. Dudutis, V. Stankevic, P. Gecys, J. Faure. Rev. Sci. Instrum., 92, 083302(2021).

[40] C. Aniculaesei, H. T. Kim, B. J. Yoo, K. H. Oh, C. H. Nam. Rev. Sci. Instrum., 89, 025110(2018).

[41] H. Xu, G. Chen, D. Patel, Y. Cao, L. Ren, H. Xu, H. Shao, J. He, D. E. Kim. AIP Adv., 11, 075313(2021).

[42] O. Zhou, H.-E. Tsai, T. M. Ostermayr, L. Fan-Chiang, J. Tilborg, C. B. Schroeder, E. Esarey, C. G. R. Geddes. Phys. Plasmas, 28, 093107(2021).

[43] G. Costa, M. P. Anania, A. Biagioni, F. G. Bisesto, M. Del Franco, M. Galletti, M. Ferrario, R. Pompili, S. Romeo, A. R. Rossi, A. Zigler, A. Cianchi. JINST, 17, C01049(2022).

[44] F. Brandi, F. Giammanco. Opt. Express, 19, 25479(2011).

[45] J. Couperus, A. Köhler, T. A. W. Wolterink, A. Jochmann, O. Zarini, H. M. J. Bastiaens, K. J. Boller, A. Irman, U. Schramm. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 830, 504(2016).

[46] A. Adelmann, B. Hermann, R. Ischebeck, M. C. Kaluza, U. Locans, N. Sauerwein, R. Tarkeshian. Appl. Sci., 8, 443(2018).

[47] F. R. Menter. AIAA J., 32, 1598(1994).

[48] J. D. Anderson. Fundamentals of Aerodynamics(2010).

[49] Z. Lei, Z. Jin, A. Zhidkov, N. Pathak, Y. Mizuta, K. Huang, N. Nakanii, I. Daito, M. Kando, T. Hosokai. Prog. Theor. Exp. Phys., 2023, 033J01(2023).