分子動力学シミュレーションによる強結合ダストプラズマの統計力学的性質の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680556
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 浜口 智志 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (60301826)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若谷 誠宏 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00109357)
• Keywords: ダストプラズマ / 湯川系 / 強結合プラズマ / クーロン結晶 / 微粒子 / 一般化された流体力学 / 輸送係数 / 動的相関

Research Abstract

固体微粒子(いわゆる塵)を含むプラズマは自然界に広く存在する。例えば、宇宙における星間空間や惑星の周りなど、プラズマの存在するところには、通常、多数の帯電した塵(ダスト)が存在して周囲のプラズマやその領域の光学的特性に影響を与える。また、人工的に作られるプラズマにおいても塵の発生は珍しくない。例えば、半導体製造過程で使われるプラズマプロセス装置中に発生する塵状荷電微粒子は、半導体製品の歩留まりを下げるなどの問題(プラズマ汚染)を引き起こす。本研究では、この様なプラズマ中の荷電ダスト微粒子の統計力学的性質をしらべ、その輸送係数等をミクロのレベルで決定する事によって、荷電ダストの巨視的記述法(一般化された流体方程式)を導出する事を目的としている。プラズマ中のダストプラズマ粒子の集合は湯川相互作用する粒子系(湯川系)として良く近似できるので、本研究1年目の平成13年度には、分子動力学シミュレーションを用いて、湯川系の動的ストレス相関関数を求める事により、グリーン・久保の公式により、強結合から弱結合にいたる様々な条件下でそのシアー粘性係数を決定した。我々の精密な計算により、以前に他の研究グループにより別の方法で評価されていた湯川系のシアー粘性係数が実際より3倍ほど大きい事が確認された。現在我々は、同様の分子動力学シミュレーションを用いて熱伝導係数を評価している最中である。今後は、ダスト粒子が有限の領域に閉じ込められた場合の表面における熱力学量の評価を行う事により、強結合ダスト系の総合的な巨視的記述が可能になると期待される。

Research Products

• [Publications] T.Saigo: "Shear viscosity of strongly coupled Yukawa systems"Physics of Plasmas. (2000年4月号掲載予定). (2002)
• [Publications] 浜口智志: "強結合ダストプラズマ"日本物理学会誌. (2002年掲載予定). (2002)
• [Publications] T.Saigo: "Screening effects on shear viscosity in strongly coupled Yukawa systems"Proceedings of the 25th International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXV ICPIG)} (ed. by T. Goto). 53-54 (2001)