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波動粒子相互作用の効果を取り入れた無衝突プラズマの新しい流体モデルの研究

Research Project

Project/Area Number 22KJ1063
Project/Area Number (Other) 22J21443 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

寺境 太樹  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords無衝突プラズマ / 天体衝撃波 / 運動論 / 数値計算
Outline of Research at the Start

宇宙空間を満たしているプラズマの太陽風全体など大きな空間スケールの物理は流体モデル、粒子のジャイロ運動などの小さなスケールの物理は運動論モデルと2つの異なる物理モデルで記述される。流体モデルはシミュレーションが比較的容易だが一部再現性を欠き、運動論モデルは計算が大変という問題がそれぞれにある。本研究は流体モデルに運動論的な効果を取り入れることでその解決を目指す。新しい物理モデルの開発をまず行い、その後は大規模な数値シミュレーションを行えるコード開発を行って、核融合プラズマや宇宙プラズマの未解決問題に挑む。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は宇宙を満たす無衝突プラズマの新しいモデル化に取り組むことを目標としている。天体現象などのマクロなスケールと比べ、その背景にあるプラズマ中の波などの空間スケールはとても小さい。しかし、その小さなスケールの現象が大きなスケールにも重大な影響を与えることが、観測、シミュレーション、実験などで分かっている。
マクロスケールの記述には主に流体モデルが用いられるが、既存の流体モデルはミクロな効果をほぼ完全に無視してしまうため、近似的にミクロな効果を取り入れた新しいモデルが必要である。これまでの研究で、理想化された強い背景磁場中に適用できるモデルは完成している。一方で宇宙空間物理で重要な衝撃波や磁気リコネクションなどの、複雑な空間構造や中程度の磁場がある系でも適用可能なモデルはまだ未完成である。
本年度は、質量の大きなイオンにはほとんど影響がないが、質量の小さな電子には影響を及ぼす程度の背景磁場が存在する代表的な系である超新星残骸衝撃波での物理を調べた。理論およびスーパーコンピュータ「富岳」を用いた大規模数値シミュレーションで、このような系での磁場増幅を解明した。このようなミクロな物理は望遠鏡による観測が不可能なため、理論やシミュレーションと相補的な役割を果たす手法として、レーザー実験の検討も行い、実験室パラメタでの数値シミュレーションなども行った。
新しい流体モデルに関しては、スパースモデリングなどの手法の検討も行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

流体モデルの適用限界の少し外側のパラメータでの物理の解明が進んでいる。これは天体現象の解明を進めるだけでなく、これらの知見を生かして今後より一般的な結果として宇宙プラズマのモデル化につながる。

Strategy for Future Research Activity

それぞれの系のミクロなプラズマ物理の研究は引き続き数値シミュレーションやレーザー実験を用いて磁場増幅や粒子加速を調べる。ミクロな物理と流体モデルの融合はスパースモデリングなどを用いて最適な方法を模索し、その後は大規模計算で使えるような数値シミュレーションコードの開発を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Enhanced Magnetic Field Amplification by Ion-beam Weibel Instability in Weakly Magnetized Astrophysical Shocks2024

    • Author(s)
      Jikei Taiki、Amano Takanobu、Matsumoto Yosuke
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 961 Issue: 2 Pages: 157-157

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ad1594

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Saturation Level of Ion Weibel Instability and Isotropization Length Scale in Electron-Ion Weibel-Mediated Shocks2024

    • Author(s)
      Jikei Taiki、Amano Takanobu
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: in press Issue: 1 Pages: 219-229

    • DOI

      10.1093/mnras/stae1187

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Efficient Magnetic Field Amplification by Ion-Weibel Instability with Magnetized Electrons2024

    • Author(s)
      Jikei, T.
    • Organizer
      International Workshop on New Developments in Laboratory Astrophysics
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Simulation of Weibel instability in weakly magnetized plasmas2023

    • Author(s)
      寺境太樹, 天野孝伸, 松本洋介
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2023年大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Simulation of Weibel instability in weakly magnetized astrophysical shocks2023

    • Author(s)
      Jikei, T., Amano, T., Y. Matsumoto
    • Organizer
      38th International Cosmic Ray Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron pre-acceleration in shock transition regions of weakly magnetized perpendicular shocks2023

    • Author(s)
      寺境太樹, 天野孝伸, 松本洋介
    • Organizer
      第154回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Condition for Magnetic Reconnection in Collisionless Shock Transition Region2023

    • Author(s)
      Jikei, T.
    • Organizer
      MR2023 Workshop on Magnetic Reconnection
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 背景磁場がある場合のWeibel不安定性のPICシミュレーション2023

    • Author(s)
      寺境 太樹, 天野 孝伸, 松本 洋介
    • Organizer
      STEシミュレーション研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Dependence on the background magnetic field of ion Weibel instability2022

    • Author(s)
      寺境太樹, 天野孝伸
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Role of magnetized electrons in Weibel-dominated collisionless shocks2022

    • Author(s)
      寺境太樹, 天野孝伸
    • Organizer
      第152回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 衝撃波遷移層でのWeibel不安定性においての電子の磁化依存性2022

    • Author(s)
      寺境太樹
    • Organizer
      高エネルギー宇宙物理学研究会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Fluid modeling of collisionless plasmas with a non-local kinetic closure2022

    • Author(s)
      T. Jikei and T. Amano
    • Organizer
      EGU General Assembly 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alfven Mach number dependence on ion Weibel instability in collisionless shock transition regions: Effect of magnetized electrons2022

    • Author(s)
      T. Jikei and T. Amano
    • Organizer
      INCSP2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The role of finite background magnetic field for Weibel instability at collisionless shocks2022

    • Author(s)
      T. Jikei
    • Organizer
      7th Workshop on Magnetic Fields in High-energy Density Laboratory Plasmas
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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