Verification of a novel theory of electron scattering caused by plasma waves
| Project/Area Number |
21K13979
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | Tohoku University (2022)
Nagoya University (2021) |
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Principal Investigator |
北原 理弘 東北大学, 理学研究科, 助教 (30805487)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 波動粒子相互作用 / 粒子加速 / プラズマ波動 / ピッチ角散乱 / 宇宙プラズマ / 地球放射線帯 / ピッチ各散乱 |
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| Outline of Research at the Start |
我々はこれまでに、宇宙空間に普遍的なコーラス波と呼ばれるプラズマ波動と低ピッチ角の電子との相互作用に着目し、電子散乱に関する新しい理論を考案した。本研究では、あらせ衛星の超高時間分解能観測データや大規模計算によるシミュレーションの結果を解析することで、この新理論の影響範囲を詳細に探求すると同時に、宇宙空間プラズマおよび脈動オーロラの降り込み電子に低ピッチ角電子がどのような影響を及ぼすのかを定量的に評価する。どのエネルギー帯の電子が、どの周波数の波動と、どの程度相互作用するかという問を、理論、観測、シミュレーションの3つの異なる方法によって、多角的かつ相補的に解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々はこれまでに、宇宙空間に普遍的なプラズマ波動の一種であるホイッスラーモード波動と低ピッチ角の電子との相互作用に着目し、電子散乱に関する新しい理論を考案してきた。この新しい電子の散乱理論を実証することを目的として、我々は新理論に対するパラメータ依存性の検討、宇宙空間における人工衛星のプラズマ粒子およびプラズマ波動の観測データを用いた解析、高精度解法を用いたの大規模シミュレーションによる再現実験、の3つの異なる研究課題に対して研究を進めてきた。従来の我々の理論は低ピッチ角の共鳴電子のみに限定して電子の運動を予測するものであったが、ハミルトン力学の解析手法を適用することにより、幅広いエネルギー・ピッチ角の粒子に対して電子の運動を予測する理論が構築できた。この研究結果は国内外の学会において発表済であり、現在投稿論文としてまとめている。また人工衛星で観測された粒子および波動データの解析を行い、そのパラメータを用いた数値計算を実施ことにより、波動粒子相互作用におけるエネルギー・運動量授受をより正確に解釈のためには我々の理論が有効であることを明らかとした。またホイッスラーモード波動と電子の相互作用のみならず、宇宙空間における様々な波動粒子相互作用現象のパラメータに本理論が適用可能であることも明らかとなってきた。今後我々の散乱理論の観測的実証を進めていくとともに、大規模シミュレーションによる再現実験に向けたコード開発に取り組む。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
我々が今まで考案してきたプラズマ波動による電子の散乱理論、すなわち低ピッチ角の異常散乱に関して、ハミルトン力学の解析手法を取り入れることにより、より広いエネルギー・ピッチ角範囲の電子に対する一般化された理論の構築に成功した。本年は人工衛星で観測された粒子および波動データの解析を行い、観測されたパラメータを用いて数値計算を実施することにより、一定程度高密度な背景プラズマ中における大振幅プラズマ波動現象においては、低エネルギー電子との波動粒子相互作用における正確なエネルギー運動量授受の予測のためには、我々の構築した理論が重要になることが明らかにした。また、電子とホイッスラーモード波動との相互作用のみならず、陽イオンと電磁イオンサイクロトロン波動の相互作用などの物理現象についても我々の理論を適用する計算実験について取り組み始めた。これらの研究の進展を踏まえ、概ね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度及び二年度目の理論研究の進展によって我々の提案してきたプラズマ波動による低ピッチ角の異常散乱現象は、一般的なプラズマ波動による粒子散乱理論の再構築により包括的に解釈可能であることが明らかとなってきた。これらの研究については論文としてまとめ投稿する予定である。また、今後は現在着目している低エネルギー電子とホイッスラーモード波動の波動粒子相互作用だでなく、昨年度より着手した陽イオン及び電磁イオンサイクロトロン波動との相互作用におけるパラメータにおける理論検証および数値実験について研究を展開し、より一般の波動現象において理論が適用可能であることを実証していく。また３つめの研究課題として掲げた大規模シミュレーションに向けたコード開発も並行して進め、波動粒子相互作用の包括的な理解に向けて研究をすすめていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
