2021 Fiscal Year Research-status Report
Study of ion acceleration by hybrid particle-Vlasov simulation
| Project/Area Number |
20K04056
|
|---|
| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
簑島 敬 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), 副主任研究員 (00514811)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 洋介 千葉大学, 大学院理学研究院, 特任准教授 (20397475)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | プラズマ粒子シミュレーション / ブラソフシミュレーション / 無衝突衝撃波 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、宇宙プラズマにおける高エネルギーイオン加速問題に取り組むために、質量が軽くて熱い電子の速度分布は連続体として、重くて冷たいイオンは粒子として扱うことで、計算精度と効率を両立する第一原理プラズマシミュレーションを実現する新しい数値計算手法を開発する。そして太陽地球圏のイオン加速現場である無衝突衝撃波などを想定した数値実験を実施して、これらの現象におけるイオン加速機構の解明を目指すことが目的である。
令和三年度は、昨年度に引き続き数値計算コードの開発とそのベンチマークテストを行った。並列計算機上で利用するために、電子速度分布関数を連続体として扱うブラソフコードとイオンのための粒子コードをそれぞれMPI関数を用いて領域分割を施し、両コードを統合した。昨年度実施したベンチマークテスト（プラズマ波動伝播やイオン音波不安定）を通して並列計算機上での計算性能を測定し、良好なスケーラビリティを得た。
シミュレーションコードの並列化が完了したので、1次元無衝突衝撃波のプロダクトランを実施した。衝撃波面の法線ベクトルと磁場のなす角が垂直および平行の条件（垂直衝撃波、平行衝撃波）において、様々なマッハ数の衝撃波を計算し、その非線形発展を追跡した。垂直衝撃波における反射イオンと衝撃波ポテンシャル、平行衝撃波における上流へのイオン流出と波動励起といった、無衝突衝撃波の典型的な特徴を得た。現在は計算結果の解析及び数値計算手法に関する論文を執筆中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
数値計算コードの並列化に時間を要したこと、無衝突衝撃波の境界条件設定でブラソフコードと粒子コードの混合コードに特有の不具合が発生し、その原因特定に時間を要したことから、2021年度に目指していた論文投稿に至らなかった。
以上より、本研究課題の進捗状況はやや遅れていると判断する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
まずは現在執筆中の数値計算手法に関する論文を書き上げ、投稿する。
これまでに実施した1次元無衝突衝撃波のプロダクトランの解析および別パラメータを用いた数値計算を実施して、イオン加速機構や加速効率のパラメータ依存性を調査する。
|
| Causes of Carryover |
（理由）数値計算結果の解析ソフトウェア購入および論文投稿料に充てる計画だったが、解析ソフトウェアに関しては既存の資産で間に合わせた。論文は現在執筆中で投稿に至っていない。
（使用計画）次年度の研究遂行のための解析ソフトウェア購入、および論文投稿料に充てる。
|
