2019 Fiscal Year Annual Research Report
Particle simulation on large-amplitude magenetohydrodynamic wave and energetic particle generation
| Project/Area Number |
15K05367
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
|---|
Principal Investigator |
樋田 美栄子 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00273219)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 高エネルギー粒子 / 無衝突衝撃波 / 粒子加速 / 不安定性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
電子のサイクロトロン周波数がプラズマ周波数より大きい比較的強い磁場中を、磁気音波の衝撃波が伝播する場合、衝撃波面付近に強い電場が形成される。この電場によって粒子が高エネルギーに加速されるとともに、加速粒子が引き起こす不安定性によって、粒子の運動は更に影響を受ける。このような衝撃波の伝播とそれに伴う非線形発展を、空間2次元・速度3次元の相対論的電磁粒子シミュレーションを用いて研究している。特に、磁場に対して斜め方向に伝播する衝撃波は、一部の電子を捕捉し、それらを超相対論的エネルギーに加速するが、この捕捉電子による効果に注目している。
2018年度までの研究で、捕捉電子による不安定性がイオンの加速を促進することを明らかにした。また、電子とイオンに加えて少数の陽電子が含まれるプラズマ中の陽電子加速についても解析を行った。なお、陽電子を含むプラズマは、例えばパルサー磁気圏に存在すると考えられている。陽電子は衝撃波に出会うと、磁場に平行方向の電場によって加速されて上流に反射される。その後、大きな旋回半径で旋回運動することで衝撃波を出入りし、更に高いエネルギーに加速されるものがあるが、捕捉電子による不安定性によって、このような陽電子の割合が増えることを明らかにした。2019年度は、長時間発展についてシミュレーションを行い、陽電子加速と捕捉電子の長時間に渡る相関を調べるとともに、陽電子が多次元擾乱に及ぼす影響についても明らかにした。そして、陽電子加速についての成果をまとめて論文を執筆した。間もなく投稿予定である。
また、衝撃波で加速された高速イオンは、リング状の速度分布を持つが、そのような高速イオンが引き起こす低域混成波不安定性の非線形発展についてもシミュレーションを行った。大型ヘリカル装置で観測されている電磁放射と良く似た結果を得て、論文を発表した。
|
