2013 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, 客員共同研究員 (60415164)
高瀬 雄一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (70292828)
小川 雄一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (90144170)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 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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| Outline of Annual Research Achievements |
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3年度目にあたるH25年度には，プラズマの内部構造を解明するための計測器開発とイオンの直接加熱の実験を行った．理論面では，プラズマを非正準無限次元ハミルトン力学系として記述する幾何学的研究において大きな成果をあげた．
H25年度の実験研究の主要な目標であったICHによるイオン加熱に関しては，プラズマとアンテナとの結合が十分でないことが明らかになった．その原因を調べるために電子密度の空間分布を綿密に調べ，その結果アンテナ近傍の密度が低いことが明らかになった．この計測結果は，イオン加熱という目的のためには好ましくないものであるが，一方で物理的には極めて興味深い現象を示唆するものであった．すなわち，天体磁気圏の放射帯（バンアレン帯）の構造に酷似しており，磁気圏の自己組織化メカニズムを実験的に研究するうえで極めて有用な情報をあたえている．プラズマ中の粒子輸送のメカニズムを解明するためのエネルギー分析器の開発にも成功した．これを用いた実験によってプラズマ中のイオン及び電子の速度分布の歪みが計測された．また多チャンネルの分光計測によってイオン温度の非等方性が明らかになった．
理論研究では，プラズマのトポロジーを位相空間の葉層構造と結びつける研究が進展し，プラズマ粒子の拡散を記述する精密な方程式を導出した．数値シミュレーションとあわせた研究を進めつつある．
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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
プラズマ中の粒子輸送の研究では，放射帯状の構造が自己組織化することが明らかになり，その生成メカニズムが次第に明らかになってきた．これは当初の予想を超える成果であったといえる．粒子エネルギー計測器の開発にも成功し，初期的なデータが得られている．一方，イオン加熱の実験では，プラズマとアンテナとの結合に問題があることが明らかになったので，これを改善する研究を進める必要がある．プラズマ中の高周波電場を直接計測する測定器の開発にも成功しているので，これを用いた精密な実験を行う．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．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は概ね当初計画のとおりにプラズマ中の粒子輸送現象についての研究を進める．とく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．また理論研究では数値シミュレーションに力をいれ，抽象的な理論と実験との橋渡しを可能にする研究を進める予定である．
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