Плазменное кильватерное ускорение – это перспективный метод ускорения заряженных частиц. В плазменной волне возможно ускорять электроны до большой энергии при небольших размерах ускоряющей секции. Моделирование такой системы из первых принципов требует значительных вычислительных ресурсов, поэтому важно развивать эффективные подходы к моделированию кильватерного ускорения. В работе рассматривается один из таких подходов – квазистатическое приближение. В нем пренебрегают продольным смещением плазменных частиц при моделировании волны. Поэтому это приближение не описывает процесс формирования ускоряемого пучка из электронов плазмы, который важен для многих параметров взаимодействия.
Была предложена модификация квазистатического приближения, позволяющая рассчитывать захват плазменных электронов. Предложенная модель реализована в разрабатываемом программном комплексе LCODE. Она показала устойчивую работу при различных параметрах взаимодействия, чем превзошла предложенные ранее решения. Параметры захваченного сгустка в рамках предложенного подхода совпали с результатами моделирования из первых принципов. Для корректной работы алгоритма требуется введение одного внешнего параметра. Был предложен алгоритм, позволяющий определить значение параметра, подходящее для выбранной задачи.
Предложенный подход унаследовал быстродействие квазистатического приближения. С использованием предложенной модели эффективность расчета захвата плазменных электронов повышается на несколько порядков, по сравнению с моделированием из первых принципов. Это позволяет проводить многопараметрическую оптимизацию схем кильватерного ускорения, в которых присутствует захват плазменных электронов.