2010 Fiscal Year Annual Research Report
高マッハ数非定常衝撃波の観測的実証研究に向けた数値実験
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22740323
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松清 修一 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (00380709)
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| Keywords | 衝撃波リフォーメーション / 背走プラズマ / テスト粒子計算 |
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| Research Abstract |
非定常衝撃波(特に衝撃波リフォーメーション)の観測的実証を念頭に、上流で見られる背走プラズマの分布関数に注目した数値実験を行った。リフォーメーションでは、フット、ランプ、オーバーシュートと呼ばれる遷移層の各構造が周期的に変化するといわれている。ここでは、テスト粒子計算によって、衝撃波で反射された背走プラズマの分布関数が、リフォーメーションによってどのような時空間変化を示すかについて調べた。
リフォーメーションの異なるフェーズにおける衝撃波の電磁場構造を定常的なものとして与えたケースでは、電子の振る舞いは概ね断熱的であった。ミラー効果による電子の反射率は、磁場とポテンシャルの最大振幅だけではなく、その空間形状によって大きく変わる。また、遷移層に微視的スケール波動を加えると、非断熱性のため背走電子分布のロスコーンが不鮮明になった。イオンについては、ラーモア半径がランプの空間スケールよりも大きいため、非断熱性の効果が顕著になる。この場合、ある粒子が反射されるかどうかは衝撃波入射時のジャイロ位相に大きく影響される。結果として上流の位相空間に筋上構造が現れ、ジャイロ位相バンチングとして観測される。衝撃波構造を時間的に変化させ、リフォーメーションを模擬した計算では、上流での背走電子およびイオン密度流速の周期的変化が見られた。変化の振幅は衝撃波からの距離が近いほど大きく、周期はリフォーメーションのそれと一致する。電子については、いわゆる反射電子バーストが観測されたのに加え、ロスコーン角よりも小さなピッチ角を持つ背走ビームが周期的に生成されることが分かった。
前倒しして行った自己無撞着な1次元Particle-In-Cell計算によっても、上記の反射電子バーストを確認した。
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