1996 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマ系を中心とする複雑性の科学構築のための国際共同研究
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08044109
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
佐藤 哲也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター・企画調整官センター長教授 (80025395)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福山 淳 岡山大学, 理学部, 助教授 (60116499)
MOFFAT H.K. ケンブリッジ大学, 物理数学科, 教授
嶋本 伸雄 国立遺伝学研究所, 助教授 (20127658)
吉田 善章 東京大学, 工学部, 助教授 (80182765)
米沢 富美子 慶応大学, 理工学部, 教授 (10027344)
伊藤 早苗 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70127611)
藤原 進 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (30280598)
三浦 英昭 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (40280599)
BISKAMP D. マックスプランク物理研究所, 教授
ZABUSKY N.J. ラトガース大学, 画像解析モデリング研究所, 教授
高丸 尚教 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (20241234)
渡辺 智彦 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (30260053)
陰山 聡 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (20260052)
藤堂 泰 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (00249971)
堀内 利得 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (00229220)
渡邉 國彦 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (40220876)
林 隆也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 教授 (60156445)
伊藤 公孝 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (50176327)
BAZDENKOV S. 核融合科学研究所, シミュレーション研究センター, 教授 (90270488)
木田 重雄 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 教授 (70093234)
KRAMER G. サンタフェ研究所, 主任研究員
TROYON F. ローザンヌプラズマ物理研究所, 所長
PARKER E.N. シカゴ大学, 宇宙物理研究所, 教授
DASGUOTA B. サハ原子核物理学研究所, 教授
GARDNER H. オーストラリア国立大学, 国家特別研究員
SINDONI E. ミラノ大学, 物理学科, 教授
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| Keywords | 複雑性の科学 / 自己組織化 / 構造形成 / シミュレーション / プラズマ / 磁気流体ダイナモ / エントロピー / 磁気リコネクション |
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| Research Abstract |
本年度は、延べ8名の研究者を米国、カナダ、イタリアに派遣し、インド及び米国より1名ずつ合計2名の研究者を日本に招聘することにより、様々なスケールの相互作用が複雑に絡み合った結果発生する現象、即ち、「複雑現象」の整理・検討を行うとともに、それらに普遍的に存在する自然法則の探求を目指した共同研究を行った。以下に主な成果を例記する。
1)磁気流体ダイナモの研究では、3次元磁気流体シミュレーションを用いて回転球殻中の熱対流運動に伴う流体セル状構造の形成過程を明らかにするとともに、この回転セルの引き起こす磁力線巻き込み現象による磁場増幅と赤道近辺で発生する磁力線の再結合現象を通して、安定で大きな空間スケールを持つ双極子磁場構造が形成・維持されることを実証した。
2)有限ベータヘリカルプラズマにおいて、圧力不安定性によって圧力配位が破壊された後、安定で秩序ある圧力配位を再構築する場合があること、即ち、構造不安定性を引き起こしている原因とその結果新たに形成される構造がともに熱エネルギーである自己組織化の例を実証することに成功した。
3)無衝突プラズマ中で発生する磁気リコネクションに対する粒子運動論効果の解析を、粒子シミュレーションを用いて行った。その結果、メアンダリング運動と呼ばれるイオンと電子の2つの軌道運動効果が存在すること、そのため、磁気コネクションが、初めはイオン効果で、次に電子効果で、二段階に発展することを明らかにした。
4)微視的秩序構造形成過程の物理機構解明を目的とした粒子シミュレーションを実行し、構造形成過程が分布関数で定義される通常のエントロピーの生成率により制御されていることを明らかにした。
5)ダストプラズマにおいて、ダイマミックな帯電過程を含むシミュレーションを実行した結果、微粒子がflip-flop的に電荷を変える様子を実証することに成功した。
また、上記の知見を基にプラズマだけでなく複雑液体や高分子等における構造形成過程解明ためのシミュレーション・理論研究を行っている。
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[Publications] T.Sato: "An attempt at a paradigm shift in plasma science" J.Korean Phys.Soc.(in press). (1997)
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[Publications] T.Sato: "Complexity in plasma : From self-organization to geodynamo" Physics of Plasmas. 3. 2135-2142 (1996)
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[Publications] S.V.Bazdenkov: "Multi-scale semi-ideal magnetohydrodynamics of a tokamak plasma" Nuclear Fusion. 36. 1299-1306 (1996)
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[Publications] S.V.Bazdenkov: "Magnetic mirror effect and generation of reconnection electric field in a collisionless neutral sheet" Plasma Physics Reports. 22. 474-478 (1996)
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[Publications] T.H.Watanabe: "Implementation of an electrostatic implicit particle simulation scheme" Journal of Computational Physics. 127. 473-481 (1996)
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[Publications] H.Miura: "Identification of tubular voltices in complex flows" Journal of The Physical Society of Japan. 66(in press). (1997)
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[Publications] S.Kida: "Periodic reversals of magnetic field generated by thermal convection" Journal of The Physical Society of Japan. 66(in press). (1997)
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[Publications] H.Kitauchi: "Flow structure of thermal convection in a rotating spherical shell" Nonlinearity. 10(in press). (1997)
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[Publications] S.P.Zhu: "Self-organization of a magneto-hydrodynamic plasma in the presence of thermal conduction" Physics of Plasmas. 3. 2821-2823 (1996)
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[Publications] R.Horiuchi: "Particle simualtion study of colisionless driven reconnection in a sheared magnetic field" Physics of Plasmas. 4(in press). (1997)
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[Publications] K.Watanabe: "Computer simulation studies of dust charging and coagulation processes in dusty plasma" Plamsa Physics and controlled Fusion. (in press). (1997)
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[Publications] M.Ozaki: "Electromagnetic instability and anomalous resistivity in a magnetic neutral sheet" Physics of Plasmas. 3. 2265-2274 (1996)
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[Publications] H.Kitabata: "Impulsive nature in magnetohydrodynamic driven reconnection" Journal of The Physical Society of Japan. 65. 3208-3214 (1996)
