2012 Fiscal Year Annual Research Report
磁気圏プラズマの自己組織化―磁場によって歪むメトリックの非線形効果
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23224014
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉田 善章 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (80182765)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 晴彦 東京大学, 新領域創成科学研究科, 研究員 (60415164)
森川 惇二 東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教 (70192375)
高瀬 雄一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (70292828)
古川 勝 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80360428)
小川 雄一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (90144170)
矢野 善久 東京大学, 新領域創成科学研究科, 研究員 (90598989)
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| Project Period (FY) |
2011-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 渦 / 非正準ハミルトン力学 / 磁気圏型プラズマ / 逆拡散 / 自己組織化 / イオンサイクロトロン加熱 / 先進的核融合 / 階層構造 |
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| Research Abstract |
本研究は，自然界において自発的に形成される天体磁気圏プラズマの自己組織化メカニズムと内部構造を明らかにすることを目的とした実験・理論の総合的なプロジェクトである，第2年度目にあたるH24年度には，電子サイクロトロン共鳴加熱（ECH）系の増強と改善によって，プラズマパラメタの大幅な改善に成功し，これにともなってプラズマの渦運動に関する初期的なデータが得られるようになった．また，プラズマの構造を時空の幾何学的構造として読み解こうとする理論でも重要な進展があった．
H24年度の実験研究の主要な目標であったECH増強による電子密度上昇に関しては，マイクロ波導波路を改造して入力パワーを最大２５ｋWから４０ｋWへ増加させることに成功し，これによって電子密度は5×1017 m-3に達した．またプラズマの局所ベータ値も100％に達したと考えられる（この値については，今後さらに詳細なデータ解析が必要である）．また，H23年度から実施しているプラズマのイオンサイクロトロン共鳴加熱(ICH)については，イオンのエネルギー分布のより詳細な計測を行い，とくに中性粒子との荷電交換損失について，分光計測とシミュレーションとの比較から，基本的なパラメタ依存性について理解が進んだ．ICHのプラズマ中での伝播特性に関しては磁気プローブによる直接計測が可能になり，今後はプラズマパラメタの変化との関係を詳細に分析し，イオン加熱効率の改善に結びつける計画である．
理論研究では，プラズマの自己組織化を位相空間の葉層構造に結び付けて説明する理論を構築した．とくに無限次元ハミルトン力学系の特異点の数理解析について重要な進展があり，研究論文としてまとめた． またプラズマのトポロジーを相対論的4次元時空の幾何学で捉える理論でも新しい結果が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電子加熱系の増力によってプラズマパラメタの著しい改善があった．これによってイオンサイクロトロン加熱についても効率の改善が見込まれる．さらに，イオンの分光計測では，プラズマの渦運動のパラメタ依存性が明らかになった．本研究計画の中核的な課題についてデータが得られ始めており，概ね当初の予定に到達している．一方で，ICHによるイオンの直接加熱は技術的にも前例がない挑戦であり，高周波電力を装置中心部の狭い空間から入射するための高度な技術の開発を必要とする．これについて一層の改良が必要である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は概ね当初計画のとおりにイオン加熱効果の最適化を進め，イオンの高温化とそれによるプラズマの渦構造の変化に関する研究を進める．ICHの効率改善が喫緊の課題であり，プラズマ中の電界の詳細な分析を中心的な課題に据えて，実験を継続する計画である．また理論では既に重要な結果が得られており，今後は応用を中心に研究を進める予定である．
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