不安定系におけるカオス現象

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08458110
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 河合 良信 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (10038565)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽鳥 尹承 核融合科学研究所, 理論・シミュレーションセンター, 教授 (80023729) ; 上田 洋子 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (70274529)
• Keywords: 不安定系 / プラズマカオス / 周期倍加 / 間欠カオス / ダブルプラズマ / 相関次元 / イオン音波不安定性 / 電子ビーム・プラズマ不安定性

Research Abstract

不安定系のカオス現象を研究するために、プラズマ中に電子ビームを入射する、又は電流を流すことによりプラズマ中に不安定性を励起した。次に、その成長率を上げ、系をカオス状態にして、不安定系のカオス現象を調べた。実験はダブルプラズマ(DP装置)装置を用いて行った。ガスはアルゴンで、圧力は(1-3)x10^<-4>Torrの範囲で実験した。プラズマパラメータは、密度n_e=(1-5)x10^8cm^<-3>、電子温度Te=1eVである。得られた主な成果は以下の通りである。
[1] 電子ビーム・プラズマ系
(1) エネルギーが10-100eVの電子ビームを入射し、電子ビームプラズマ不安定性により200MHz付近の波動を励起した。
(2) 電子ビームの密度を増加させると周期倍加現象が起き、2周期及び3周期の分岐が観測された。
(3) 時系列データから埋め込み法により相関次元を計算したところ、3周期は2.5次元、4周期は3.3次元の非整数でフラクタル性を示した。
(4) 最大リアプノフ数を求めたところ正であり、系はカオスになっていることが分かった。
(5) (3)(4)より、本実験で観測された電子ビーム・プラズマ系が少数自由度のカオス状態にあると結論される。
[2] イオン音波不安定系
(1) ターゲットプラズマ中に二枚のメッシュグリッドを挿入し、これにDC電圧を印加することによりプラズマ中に電流を流した。電流がある値以上でイオン音波不安定性が励起された。
(2) 時系列データを測定したところ、電流がある値以上でバースト状の時系列が得られた。これは間欠性カオスの可能性がある。
(3) 相関次元は非整数であった。また、リアプノフ数は正であり、観測された現象は間欠性カオスになっていると考えられる。
(4) 今後の課題として、間欠性カオスのタイプの同定を行う必要がある。

Research Products

• [Publications] 吉村信次: "負イオンンプラズマ中のイオン波の分散関係" 九州大学総合理工学研究科報告. 18. 7-10 (1996)
• [Publications] N.Hayashi: "Observation of bifurcation phenomena in an electron beam plasma system" Physics of Plasmas. 3. 4440-4445 (1996)