マイクロ波エネルギービームと電離層プラズマの非線形相互作用に関する研究

• Project/Area Number: 09780434
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 篠原 直毅 (篠原 真毅) 京都大学, 超高層電波研究センター, 助手 (10283657)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 1998: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1997: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 宇宙太陽発電所(SPS) / マイクロ波エネルギー伝送 / プラズマ / 三波共鳴 / 計算機実験 / 電磁粒子コード

Research Abstract

本研究の目的は、SPSや電力衛星で用いるマイクロ波ビームと宇宙プラズマの非線形相互作用に関する計算機実験を行うことである。過去に行われたロケット実験の結果や計算機実験の結果と比較しながら計算機実験を行う。
本研究ではまず、一次元計算機実験により三波共鳴の過程における親波のエネルギー損失に関する考察を行い、約半分のエネルギーが失われるという結果を得た。続いて二次元計算機実験も行い、外部磁場が放射電界の進行方向に対して斜めである場合(斜め伝搬)についてプラズマ加熱の外部磁場に沿った伝搬、励起静電波の減衰といった点に着目して解析を行った。二次元計算機実験ではこれまで行われたことのない、位相制御方式のアンテナを用いて三波共鳴の再現を行った。その結果、斜め伝搬の場合、本来ならば外部磁場に平行であるE_x成分のみが現れる励起静電波のE_x成分が発生することが明らかになった。E_x成分は、励起静電波により加熱された電子が励起静電波の伝搬方向ではない磁場方向に沿って流れていくために、励起静電波の一部だけが減衰を受け、空間的に位相速度差を持ってしまうことによって発生されると説明できる。最後に静電波の励起に関して外部磁場角度の観点から考察を行ったが、計算機実験では外部磁場角度に対して垂直、平行な静電波が特に強く励起されるといった結果は得られず、分散関係から実際の宇宙実験に対する一予測を立てるにとどまった。これは今後の研究課題である。