2022 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental research of collisionless shock in an extremely high-beta magnetized plasma
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20H00143
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
浅井 朋彦 日本大学, 理工学部, 教授 (00386004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井 通暁 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00324799)
長山 好夫 核融合科学研究所, その他部局等, 名誉教授 (10126138)
高橋 俊樹 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10302457)
岩本 弘一 日本大学, 理工学部, 教授 (30318357)
阿部 新助 日本大学, 理工学部, 准教授 (40419487)
高橋 努 日本大学, 理工学部, 特任教授 (50179496)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 無衝突衝撃波 / 自己組織化 / 粒子加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙空間で生じる衝撃波は，多くの場合，粒子間衝突なく電磁場を介してエネルギー散逸が起こる無衝突衝撃波であり，天文学やプラズマ物理学における重要な研究課題である。宇宙空間では直接的な観測が限定されることから，実験室内に無衝突衝撃波を再現し局所情報と巨視的振る舞いを同時に捉えることで，その特性を検証することを目指している。本研究では，実験室で生成される磁場閉じ込めプラズマのうち最も高いベータ値を持ち，その内部の広い領域でβが100%を超えるFRCプラズマを，衝突 － 無衝突領域（相対速度100 － 1000 km/s）に加速・衝突させ生成される無衝突衝撃波を直接観測し，衝撃波解析の結果と比較検証することを目的とした。
令和４年度は，無衝突領域での衝突実験を実現するための装置改造を終え，運転条件の最適化を行った。加速されたプラズモイドの速度は初期に入射するガス圧に強く依存することがわかり，また，速度に加え温度，密度を２倍以上の範囲で制御する手法を確立した。
また，上記の実験において，無衝突領域にあるプラズモイドが衝突し，激しい擾乱により磁場構造が破壊された後，再び秩序的な磁場構造が自律的に形成される様子が観測された。この現象について，前年度までに開発された内部磁気プローブアレイおよびロゴスキープローブアレイにより内部磁場／電流の直接計測を行った。
令和５年度はこれらの結果について，電位分布の観測を加え，揺動のパワースペクトルやその時間発展などの解析を進め，配位の自己形成機構について検証を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
予定された装置改造およびコミッショニングをほぼ計画通りに終え，予定されていた観測を開始した。計測器性能には大きな問題がなく，データの蓄積を進めている。この実験に関連して，プラズモイド衝突後の配位形成について，磁気リコネクションが支配的なケースと，自己組織化的に配位形成がなされるケースが，衝突時の相対速度に対して閾値を持っている可能性が示唆された。これは当初予測していなかった新たな注目すべき成果であり，令和５年度はそのメカニズムを検証するためのデータ分析を実施する計画である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は，昨年度までにコミッショニングを終えた装置において，開発された磁気プローブアレイ，静電プローブアレイ，ロゴスキープローブアレイを用いた計測によりデータの蓄積を進める。
また，昨年度観測された磁気リコネクション及び磁場構造の緩和と電流の自律的駆動を伴う自己組織化的配位形成という２つの磁場配位形成のプロセスについて，衝突時の速度依存性の検証を進め，さらに電磁場の揺動のパワースペクトルやその時間発展との関連について考察する計画である。
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