実験室及び宇宙プラズマにおける非線形現象の理論及びシミュレーションによる研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11695028
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 坂井 純一 富山大学, 工学部, 教授 (50019220)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 升方 勝己 富山大学, 工学部, 教授 (80157198) ; 川田 勉 富山大学, 工学部, 教授 (40019203)
• Keywords: 磁気再結合 / レーザプラズマ / 電子陽電子プラズマ

Research Abstract

今年度はモスクワ物理工科大学から3名(Bulanov,Bobrova,Naumova)が富山大学を2ヵ月間訪問して以下の共同研究を行った。
1)宇宙プラズマでの磁気再結合:
宇宙プラズマの多くは無衝突プラズマであり、そのような状況で磁気再結合を引き起こす機構は現在でも解明されていない。我々は、Force-freeの磁場を持つプラズマ考え、2次元の粒子コードシミュレーションにより磁気再結合の機構を調べた。その結果、これまで見落とされていた新しい磁気再結合をひきおこす物理過程を発見した。それは、Buneman不安定により生じる2次元的電場が電流電子を補足して電気抵抗を起こし、磁気再結合を促進することが明らかになった。また、磁場のエネルギーの90%がプラズマの熱エネルギーに変換されることも明らかになり、太陽フレアへの応用も視野にいれている。
2)レーザプラズマ相互作用:
レーザと固体の相互作用でつくられる相対論的電子ビームの非線形力学過程を2次元及び3次元粒子コードで調べた。最初に空間的に一様にある電子ビームは、対向不安定により多くのフィラメント状のビームに分かれ、その後フィラメント状のビームが合体しより大きなビームに成長する。この過程で電子ビームのつくる磁場が散逸して、ビームが減衰することが明らかになった。3次元効果の特徴は、磁場の散逸が3次元的磁気再結合を伴い、極めて速い時間で電子ビームが減衰することが明らかになった。
3)レーザと電子陽電子プラズマの相互作用:
レーザと電子陽電子プラズマの相互作用が粒子コードシミュレーションで調べられ、レーザビームの自己収縮およびそれに伴うプラズマ粒子の加速が明らかになった。

Research Products

• [Publications] J.I.sakai et al: "Magnetic Field Generation and Subsequent Field Dissipation with Magnetic Heating in Relativistic streaming Pair Plasma"Journal of the Physical Society of Japan. 69. 2503-2513 (2000)
• [Publications] IV Sokolov & J.I Sakai: "Magnetohydsodynamics of a Weakly Ionized Plosma : Ambipolas Magnetic Diffusion and Shock Structure"Plasma Physics Reports. 26. 439-501 (2000)
• [Publications] H.Mae et al.: "Magnetic Field Generation and its Noninear Evolution of the Weibel Instability"Progress of Theoretical Physics, Supplement. 138. 720-721 (2000)
• [Publications] T Haruki et al: "Formation of Helical Current during Coalescence of Current Loops in Pair Plasmas"Progress of Theoretical Physics, Supplement. 138. 718-719 (2000)
• [Publications] J.I.Sakai et al: "Simulation of Collision between Shock Waves and a Magnetic Flux Tube"The Astrophysical Journal. 537. 1063-1072 (2000)
• [Publications] N Bobrova et al: "Force-free Equilibria and Reconnection of the Magnotic Field Lines in Collisionless Plasma Configuration"Physics of Plasmas. 8. 759-768 (2001)