2007 Fiscal Year Annual Research Report
開放系粒子シミュレーションによる磁気リコネクションのダイナミクスの研究
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19740346
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
大谷 寛明 National Institute for Fusion Science, シミュレーション科学研究部, 助教 (90332189)
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| Keywords | 磁気リコネクション / 粒子シミュレーション / 開放系境界条件 / 粒子運動論效果 / プラズマ不安定性 |
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| Research Abstract |
無衝突磁気リコネクションは高温プラズマで観測される急速なエネルギー開放現象の基礎的なプロセスである.しかし,エネルギー解放機構や粒子加速機構などの詳細には未解明な部分がある.本研究では,粒子運動論効果と様々なプラズマ不安定性による電流層の力学発展を調べるため,プラズマが外部と自由に出入りする開放系モデルを用いた3次元電磁粒子シミュレーションを実行する.このシミュレーションの中で,磁場拡散領域における微視的な物理を調べ,磁場拡散過程を担う電気抵抗の正体を明らかにする.これらの解明とともに,磁気リコネクションにおけるダイナミクスを調べ,エネルギー解放機構の理解を目指す.
磁気リコネクション現象を解析するために,物理モデルとして陽解法による開放系3次元電磁粒子シミュレーション手法を採用した.本年度は,3次元開放系境界条件の物理モデルの妥当性を検証し,またコードの更なる最適化を図った.その結果,プラズマや磁気フラックスが流入する上流境界において高精度で磁場凍結条件が成立する上流境界モデル及び,プラズマや磁気フラックスが排出される下流境界において非物理的なノイズを抑えることができる自由境界モデルの開発に成功した.この成功で,より高精度な粒子シミュレーションによって磁気リコネクションを研究できるようになった.
また,このコードを使ったシミュレーション結果として,電流層での粒子の速度分布がマックスウェル分布から非等方な分布になることがわかった.これは電流層の中心付近での粒子のメアンダリング運動の結果であり,この非等方分布によって圧力テンソルの非対角成分が発生して磁場凍結条件を破り,無衝突リコネクションを引き起こすことがわかった.
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