Estudio teórico de la generación del wakefield por microondas en una guía de onda rectangular (2018)
Se presenta un estudio te´orico-computacional de la viabilidad del uso de pulsos de microondas para excitar ondas pl´asmicas de gran amplitud en un plasma al interior de una gu´ıa de onda met´alica rectangular. El campo electrost´atico asociado a esta onda (wakefield) permite acelerar part´ıculas cargadas hasta altas energ´ıas en cortas distancias usando un m´etodo denominado aceleraci´on wakefield, propuesto originalmente con el uso de l´aseres de alta intensidad en plasmas de alta densidad. Se revisa la teor´ıa relacionada a la aceleraci´on wakefield impulsada por l´aser y su adaptaci´on al uso de microondas y gu´ıas de onda. Se analiza la viabilidad de los modos TEmn y TMmn para la excitaci´on de la onda pl´asmica y el efecto de la gu´ıa de onda sobre la velocidad de grupo del pulso. Adem´as, se establecen las ventajas, desventajas y posibles aplicaciones del uso de microondas para excitar el wakefield. Adicionalmente, se utiliza un modelo no relativista que describe el wake (potencial asociado al wakefield) generado por un pulso de microondas que se propaga en un plasma de baja densidad al interior de la gu´ıa de onda excitando el modo TE10 para estudiar el wakefield generado. El modelo fue propuesto por Aria y Malik [1]. Asimismo, se calculan las perturbaciones de la densidad electr´onica y el campo m´aximo soportado por la onda pl´asmica, estableciendo dos criterios para limitar el rango de validez del modelo. Adem´as, se calcula la amplitud del wakefield en funci´on de la frecuencia de microondas f, el ancho de la gu´ıa b, la densidad del plasma n0 y la duraci´on τ e intensidad del pulso I0. Finalmente, se realiza una estimaci´on de la energ´ıa m´axima ganada por un electr´on acelerado en el wakefield generado al optimizar los par´ametros del sistema para obtener una velocidad de grupo alta.