秩序/無秩序の科学を解明するシミュレーション技法と表現法の国際共同研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10044105
• Research Category: Grant-in-Aid for international Scientific Research
• Section: Joint Research .
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• 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, 教授 (80025395)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米沢 富美子 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10027344) ; 渡邉 國彦 核融合科学研究所, 計算機センター, 教授 (40220876) ; 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, 教授 (00229220) ; 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) ; 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)
• Keywords: 自己組織化 / 秩序・形成 / 計算機シミュレーション / 複雑性 / 表現法 / エントロピー / バーチャルリアリティ / 音響表現

Research Abstract

本年度は、バーチャルリアリティ用のグラフィックワークステーションを最新鋭のものに強化し、シミュレーション結果を表す表現法の国際共同開発研究を行うとともに、秩序/無秩序の科学を解明するためのシミュレーション技法の開発に取り組んだ。得られた具体的研究成果は、1)従来の3面スクリーンによるバーチャルリアリティに対して、4面スクリーンによるバーチャルリアリティに改良することに成功した。この改良されたバーチャルリアリティ装置を活用することによって、2)ダイナモ作用による双極子磁場構造形成のシミュレーションにおいて、双極子磁場が形成された後、長時間にわたって磁場構造は安定な形状を保つが、中心部で与えられた熱エネルギーが運動エネルギーに変換・備蓄され、突然の磁場反転という構造変換を起こし、更にこれが間欠的に起きるという自己組織化仮説に完全に符合する結果を得た。この間欠的構造変換の際に磁気リコネクションによる熱すなわち無秩序因子が重要な役割を果たしていることが明らかとなった。3)電子電流の流入をエネルギー源としたダブルレイヤの構造形成過程において、空間に依存した分布関数の微視的乱れが構造の形成・維持機構に重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。これらの他に、シミュレーション技法としては、秩序構造形成による熱輸送効果を解明するためのシミュレーションモデルの構築、核融合プラズマの周辺部における熱障壁を解明するためのシミュレーションモデルの構築、表現法としては、シミュレーション結果をマクロに捉えるための音響表現法、更にこの音響表現をバーチャルリアリティと組み合わせて視聴覚的に総合的に表現する表現法などの国際共同開発を開始した。

Research Products

• [Publications] Y.Todo et al.: "A Particle Algorithm for Linear Kinetic Analysis in Tokamak Plasma" J.Comp.Phys.141・1. 37-45 (1998)
• [Publications] S.Fujiwara et al.: "Molecular Dynamics Simulation of Structural Formation of Short Polymer Chains" Phys.Rev.Lett.80・5. 991-994 (1998)
• [Publications] Y.Todo et al.: "Particle-magnetohydrodynamic Simulations of the Toroidal Alfven Eigenmode" Phys.Plasmas. 5・5. 1321-1327 (1998)
• [Publications] S.Bazdenkov et al: "Topological Transformations in Isolated Straight Magnetic Tubes" Astrophys.J.500・2. 966-977 (1998)
• [Publications] B.Dasgupta et al.: "Relaxed States of a Magnetized Plasma with Minimum Dissipation" Phys.Rev.Lett.81・15. 3144-3147 (1998)
• [Publications] R.Horiuchi: "Collisionless magnetic reconnection in the presence of external driving flow" J.Plasma Phys.(in press). (1999)
• [Publications] R.Horiuchi et al.: "Pariticle Simulation of Collisionless Reconnection in Three Dimensions" Plasma Physics and Controlled Fusion. (in press). (1999)
• [Publications] T.Hayashi et al.: "Self-Organizing Plasmas" Plasma Physics and Controlled Fusion. (in press). (1999)
• [Publications] Lj.R.Hadzievski et al.: "Simulation of Weak and Strong Langmuir Collapse Regimes" Phys.Lett.A. (in press). (1999)
• [Publications] T.Hayashi et al.: "Nonlinear Simulations of Internal Reconnection Event in Spherical Tokamak" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. (in press). (1999)
• [Publications] R.Horiuchi et al.: "Kinetic Stabilization of Tilt Disruption in Field-Reversed Configurations" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Resarch. (in press). (1999)
• [Publications] Y.Toda et al.: "Kinetic-Magnetohydrodynamic Simulation Study of Fast Ions and Toroidal Alfven Eigenmode" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Resarch. (in press). (1999)
• [Publications] T.Sato: "A New Synthetic Approach to Science of Complexity : The MISSION Project at NIFS" Chinese Phys.Lett.(in press).
• [Publications] R.Horiuchi et al.: "Three-Dimensional Particle Simulation of Collisionless Driven Reconnection" Chinese Phys.Lett.(in press).
• [Publications] Y.Tomita et al.: "Particle Simulation on Detached Plasma" Chinese Phys.Lett.(in press).
• [Publications] T.Sato: "Can Plasma Physics take a Leadership in the 21st Century's Science" Physics of Ionized Gases. (in press).