در این تحقیق، موضوع شتاب الکترون توسط یک تپ لیزر گوسی فمتوثانیه چرپ را بررسی می کنیم. ابتدا شتاب الکترونی در خلاء را بررسی نموده و سپس اثر تپ فمتوثانیه چرپ در ایجاد میدان عقبه هنگام انتشار از یک کانال پلاسمایی شلجمی را بررسی خواهیم کرد. در شتاب الکترونی در خلاء، بررسی ها بر مبنای مدل همزمانی سرعت فاز صورت گرفته و نشان داده شده است که پارامتر چرپ می تواند شرایط را برای همزمانی سرعت الکترون و سرعت فاز موج برقرار کرده و الکترون از تپ لیزر انرژی دریافت کند. سه قطبش دایروی، خطی و بیضوی برای تپ لیزر انتخاب شده و هریک در برهمکنش با الکترون قرار داده شده است. مشاهده می شود که قطبش خطی به دلیل ارائه نیروی محوری بزرگتر نسبت به سایر قطبش ها در شتاب تک الکترون موفق تر عمل کرده و این درحالی است که در شتاب دسته الکترون قطبش دایروی نتایج بهتری را بدست می دهد، که علت آن به چگونگی توزیع فضایی و سرعت اولیه الکترون ها وابسته است. در فصل سوم این تحقیق، با توجه به فراگیر شدن شتاب الکترون ها توسط میدان عقبه لیزری، تولید میدان عقبه و ویژگی های مربوط به آن، وقتی تپ لیزر چرپ در یک کانال پلاسمای شلجمی شکل منتشر می شود، مطالعه و بررسی شده است. معادله انتشار تپ لیزر چرپ در داخل کانال پلاسما با در نظر گرفتن اثراتی همچون نسبیتی، پاشندگی سرعت گروه و تولید میدان عقبه، تعیین و نوشته شده و با روش بسط وابسته به چشمه حل شده است. این بررسی در دو ناحیه خطی و غیرخطی شدت لیزر صورت گرفته و چگونگی برانگیزش میدان عقبه در دو بعد، در راستاهای محوری و شعاعی تعیین شده است. اثرات نسبیتی و پاشندگی سرعت گروه در کنار یکدیگر موجب تغییراتی در شدت لیزر در حین انتشار در کانال پلاسما شده و در نتیجه در بزرگی میدان عقبه تولیدی موثر واقع خواهد شد. دو حالت چرپ اولیه مثبت و منفی به همراه حالت اولیه غیرچرپ برای تپ لیزر در نظر گرفته شده و نتایج بدست آمده با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته است.

بررسی موج شاک در محیط غیر همگن، از این جهت اهمیت دارد که این موج در فضا و در آزمایشگاه ها، که نمونه ای از محیط داستی پلاسمای غیرهمگن می باشند، مشاهده شده است. در این پایان نامه، ما به مطالعة اثر نیروی پلاریزاسیون روی موج شاک در یک محیط داستی پلاسمای غیرهمگن، که با جفت شدگی قوی بین ذرات داست و بار منفی همراه است، می پردازیم. در این محیط، که الکترون ها و یون ها از تابع توزیع بولتزمن تبعیت می کنند، از برخورد بین ذرات چشم پوشی کرده (داستی پلاسمای بدون برخورد) و روش اختلال کاهشی را برای حل معادلات سیالی به کار می گیریم. ابتدا با در نظر گرفتن پایین ترین مرتبه کمیتهای اختلالی، به معادله پاشندگی می رسیم و امکان وجود دو نوع مُد تند و کند خطی را مورد بررسی قرار می دهیم. سپس با در نظر گرفتن مرتبه دوم کمیات مختل شده، معادله برگر را نتیجه گرفته و نشان خواهیم داد که جواب این معادله، بنا به شرایط محیط پلاسمایی، یک موج جایگزیده است که نیروی پلاریزاسیون، نسبت چگالی تعادلی الکترون ها به یون ها و نسبت دمای یون به الکترون بر دامنه و پهنای موج اثرگذار می باشند.

در این پایان نامه، اثر میدان مغناطیسی خارجی بر روی کیفیت شتاب یک دسته الکترون توسط تپ لیزر چرپ شده را در خلاء بررسی می کنیم. قطبش های خطی، دایروی راست گرد و دایروی چپ گرد برای پالس لیزر در برهم کنش با الکترون انتخاب شده و شبیه سازی این برهم کنش، در حضور و عدم حضور میدان مغناطیسی خارجی انجام شده است. اعمال میدان مغناطیسی خارجی موجب حرکت دورانی سیکلوترونی هر یک از الکترون ها حول محور لیزر شده و در نتیجه آن، میدان مغناطیسی خارجی شدیدا بر چگونگی توزیع الکترون ها تاثیر می گذارد و از پراکندگی آن ها جلوگیری می کند. این باعث می شود که الکترون ها در ناحیه کوچکی توزیع شده و بیشتر در اطراف محور طولی متمرکز شوند. بدین ترتیب، حضور میدان مغناطیسی خارجی تاثیر مثبتی در کیفیت شتاب پرتو الکترون خواهد داشت. همچنین مشخص شد که پارامتر چرپ نقش مهمی را در شتاب الکترون دارد. به نظر می رسد که قطبش خطی در مقایسه با قطبش دایروی، بیشترین تاثیر را در شتاب تک الکترون و دسته الکترون در حضور میدان مغناطیسی خارجی خواهد داشت. شناخت و اندازه گیری پارامتر تابیدگی به عنوان پارامتری که نشان دهنده ی کیفیت باریکه الکترونی است، مسئله دیگر مورد بررسی در این پایان نامه است. نتایج نشان می دهد که افزایش میدان مغناطیسی خارجی، میزان تابیدگی را کاهش می دهد. کاهش تابیدگی به معنی این است که واگرایی الکترون ها کاهش یافته است و بدین ترتیب الکترون ها می توانند انرژی قابل توجهی از پالس لیزر دریافت کنند. همچنین زاویه خروج الکترون ها نیز مورد بررسی قرار گرفت و دیده شد که با اعمال میدان مغناطیسی خارجی این میزان کاهش یافته است. هر چقدر این زاویه کوچکتر باشد یعنی پراکندگی الکترون ها کمتر بوده، کیفیت باریکه بهتر است و در نتیجه میزان دریافت انرژی بیشتر می شود.