2023 Fiscal Year Annual Research Report
Quantification of energy dissipation in collisionless plasma turbulence via nonequiribrium relations
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20K03891
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
成行 泰裕 富山大学, 学術研究部教育学系, 准教授 (50510294)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 無衝突プラズマ / 磁気流体乱流 / 粗視化モデル / 非平衡関係式 / 太陽風 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、確率モデル(粗視化モデル)を用いた宇宙空間プラズマにおける乱流のエネルギー散逸の解明に取り組み、以下のような結果を得た:
(1)ランジュバン系におけるアルヴェン状態(非平衡アルヴェン状態)に対する低周波極限(磁気流体極限)が、過減衰ランジュバン系における非平衡アルヴェン状態に対応することを示した。また、得られた系において過去に太陽風磁気流体モデルを用いて提唱されたクロスヘリシティーと残留エネルギーの関係式が成立すること、それらが平均的なエネルギー散逸の値と直接対応していることを示した。
(2)波動静止系で記述することより、得られた系をランジュバン系の研究で良く用いられる周期ポテンシャルのモデルと似た形で表せ、背景磁場に対し平行方向の粒子運動が擾乱振幅に依存する拡散係数を持つブラウン運動で記述できることを示した。また、エネルギー散逸率および背景磁場に対して平行な運動成分からの非平衡熱(維持熱)が満たす非平衡関係式(有効温度を用いた揺動散逸関係)を示した。
(3)垂直方向に卓越した太陽風磁気流体乱流の成分(2次元モード)が存在する場合や太陽風プラズマ塊の径方向伝搬に伴う膨張効果を含む場合等の数値計算を行い、垂直電場の影響が主とみなせる範囲でエネルギー散逸の関係式や粒子拡散が理論モデルによく合うことを数値的に確認した。また、太陽風中のクロスヘリシティー・残留エネルギーの太陽中心座標系の径方向変化を模擬するためのランジュバン系のパラメータ表式を与えた。
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