Controlled Shock Shells and Intracluster Fusion Reactions in the Explosion of Large Clusters

The ion phase-space dynamics in the Coulomb explosion of very large ($\sim 10^6 - 10^7$ atoms) deuterium clusters can be tailored using two consecutive laser pulses with different intensities and an appropriate time delay. For suitable sets of laser parameters (intensities and delay), large-scale shock shells form during the explosion, thus highly increasing the probability of fusion reactions within the single exploding clusters. In order to analyze the ion dynamics and evaluate the intracluster reaction rate, a one-dimensional theory is used, which approximately accounts for the electron expulsion from the clusters. It is found that, for very large clusters (initial radius $\sim$ 100 nm), and optimal laser parameters, the intracluster fusion yield becomes comparable to the intercluster fusion yield. The validity of the results is confirmed with three-dimensional particle-in-cell simulations.Comment: 25 pages, 11 figures, to appear in Physical Review

The ion motion in self-modulated plasma wakefield accelerators

The effects of plasma ion motion in self-modulated plasma based accelerators is examined. An analytical model describing ion motion in the narrow beam limit is developed, and confirmed through multi-dimensional particle-in-cell simulations. It is shown that the ion motion can lead to the early saturation of the self-modulation instability, and to the suppression of the accelerating gradients. This can reduce the total energy that can be transformed into kinetic energy of accelerated particles. For the parameters of future proton-driven plasma accelerator experiments, the ion dynamics can have a strong impact. Possible methods to mitigate the effects of the ion motion in future experiments are demonstrated.Comment: 11 pages, 3 figures, accepted for publication in Phys. Rev. Let

Modelling radiation emission in the transition from the classical to the quantum regime

An emissivity formula is derived using the generalised Fermi-Weizacker-Williams method of virtual photons which accounts for the recoil the charged particle experiences as it emits radiation. It is found that through this derivation the formula obtained by Sokolov et al using QED perturbation theory is recovered. The corrected emissivity formula is applied to nonlinear Thomson scattering scenarios in the transition from the classical to the quantum regime, for small values of the nonlinear quantum parameter \chi. Good agreement is found between this method and a QED probabilistic approach for scenarios where both are valid. In addition, signatures of the quantum corrections are identified and explored.Comment: 11 pages, 4 figures, submitted for publicatio

Ion motion in the wake driven by long particle bunches in plasmas

We explore the role of the background plasma ion motion in self-modulated plasma wakefield accelerators. We employ J. Dawson's plasma sheet model to derive expressions for the transverse plasma electric field and ponderomotive force in the narrow bunch limit. We use these results to determine the on-set of the ion dynamics, and demonstrate that the ion motion could occur in self-modulated plasma wakefield accelerators. Simulations show the motion of the plasma ions can lead to the early suppression of the self-modulation instability and of the accelerating fields. The background plasma ion motion can nevertheless be fully mitigated by using plasmas with heavier plasmas.Comment: 23 pages, 6 figure

Estrutura Genética do Marsupial Marmosops Incanus em Paisagens de Mata Atlântica no Espírito Santo

A estrutura, a configuração e a quantidade de hábitat disponível no ambiente ajudam a determinar a viabilidade genética de uma população ou espécie. Em genética da paisagem, conceitos de ecologia da paisagem e genética de populações são utilizados em conjunto para avaliar a conectividade estrutural do ambiente de modo a permitir o entendimento da conectividade funcional de populações na paisagem. Marmosops incanus é um marsupial didelfídeo dependente de floresta com ampla distribuição no bioma Mata Atlântica que é encontrada em maior abundância em ambiente de floresta contínua em algumas regiões, mas em ambientes mais fragmentados em outras regiões, como no Espírito Santo. Nesse trabalho, comparamos a estrutura genética de M. incanus em paisagens de Mata Atlântica do Espírito Santo através de técnicas de isolamento por resistência com o objetivo de se identificar a conectividade genética e possíveis rotas de fluxo gênico entre as populações. Utilizamos oito loci de marcadores microssatélite para avaliar a estrutura, divergência e diversidade genética em 13 localidades. Também testamos a hipótese de que a quantidade de floresta nas diferentes paisagens é determinante para a diversidade e distinção genética da espécie. Marmosops incanus está estruturada em seis agrupamentos genéticos distintos: quatro ao norte do rio Doce que apresentaram maior isolamento genético, e dois ao sul, incluindo o maior agrupamento (denominado Centro-Sul), formado por seis localidades com grande fluxo gênico e valores altos de riqueza alélica. Os resultados obtidos apontam para respostas genéticas diferenciadas da espécie à fragmentação ao norte e ao sul do Rio Doce. No geral, populações de M. incanus em ambientes de floresta contínua ao norte estão mais isoladas geneticamente do que populações em hábitats mais fragmentadas no sul estado. Os mapas das possíveis rotas de fluxo gênico indicam que isso se deve principalmente à configuração dos fragmentos remanescentes. Deve-se exercer cautela ao extrapolar resultados de genética da paisagem encontrados em uma região para outra e que a configuração do hábitat na paisagem é mais determinante para a saúde genética de espécies florestais do que a quantidade de hábitat. Palavras-chave: conectividade, Didelphidae, isolamento por resistência, genética da paisagem, microssatélites

Magnetically assisted self-injection and radiation generation for plasma based acceleration

It is shown through analytical modeling and numerical simulations that external magnetic fields can relax the self-trapping thresholds in plasma based accelerators. In addition, the transverse location where self-trapping occurs can be selected by adequate choice of the spatial profile of the external magnetic field. We also find that magnetic-field assisted self-injection can lead to the emission of betatron radiation at well defined frequencies. This controlled injection technique could be explored using state-of-the-art magnetic fields in current/next generation plasma/laser wakefield accelerator experiments.Comment: 7 pages, 4 figures, accepted for publication in Plasma Physics and Controlled Fusio