2012 Fiscal Year Research-status Report
磁気リコネクションの多階層シミュレーション：メゾスケール構造の効果について
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24740373
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
沼田 龍介 兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 准教授 (30615787)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / ジャイロ運動論 / プラズマ加熱 |
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| Research Abstract |
本研究では、磁気リコネクション現象におけるメゾスケール構造の影響を明らかにするために、電子圧力勾配によって駆動されるマイクロテアリング不安定性に起因する乱流構造がある場合の磁気リコネクションの諸特性の解明を行う計画である。
本年度は、メゾスケール構造の効果を考察する前の準備段階として、電子圧力勾配が存在しない場合の磁気リコネクションの解析を行った。特に、現実に観測されるような弱衝突プラズマにおける加熱の効果を調べた。
ジャイロ運動論コードAstroGKを用いて磁気リコネクションの非線形シミュレーションを行うことにより、弱衝突プラズマでは電子分布関数の速度空間構造に細かい構造が形成されるため、衝突によるエネルギー散逸が強められることが明らかになった。速度空間構造の形成は、ランダウ減衰や有限ラーマ半径効果などの運動論的な位相混合効果による。弱衝突プラズマにおいては、位相混合による構造形成と衝突によるその緩和によってエネルギー散逸が決まるため、正しく衝突の効果を取り扱う必要があることが要請される。位相混合と衝突の効果を正しく取り扱って、磁気リコネクションにおける粒子加熱の過程を明らかにした初めての研究である。
前述のように弱衝突プラズマにおいては速度空間に急峻な構造が形成されるため、高精度のシミュレーションが必要になる。本年度は、国際核融合エネルギー研究センター内の計算機シミュレーションセンター(IFERC-CSC)の大型計算機Heliosに計算機資源を獲得した。コードを移植するととも、性能テストを実施した。
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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
本年度は、1) シミュレーション環境の整備、2) 電子圧力勾配がない場合の磁気リコネクションの非線形シミュレーションを行う予定であった。
シミュレーション環境の環境の整備については、所属機関の中規模並列計算機へのコードの移植とGPGPU計算機への移植を計画していた。しかし、当初計画していなかったHELIOSの計算機資源を獲得することができたため、本年度は主にHELIOSを使用してシミュレーションを実行し、十分な研究が遂行できている。所属機関の計算機へのコードの移植は完了しているが、その利用はデータ解析等限定的に留まっている。GPGPUについては、ワークステーションを購入し、開発環境を構築するなど利用準備を進めている。
電子圧力勾配がない場合の磁気リコネクションの非線形シミュレーションについては、運動論効果に起因する位相混合による加熱についてのシミュレーションを実行し、弱衝突プラズマにおける電子の加熱機構に関する結果が得られている。プラズマベータと加熱についての相関についても解析する予定であったが、まだ実行されていない。プラズマベータが高い場合には、電磁的な効果、イオンの運動が重要になると考えられる。電子とイオン間のエネルギー分配について考察する必要がある。
一方、翌年度実行する予定であった電子圧力勾配がある場合のマイクロテアリング不安定性に関する研究も、進行している。線形不安定性の成長率の解析を行っているが、古典的な理論から予測される値と大きく異なった結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は大規模シミュレーションを用いた研究であり、計算機資源の確保が必要である。本年度はIFERC-CSCの計算機資源を獲得していたが、今後はより高性能の京コンピュータの利用申請を行い、シミュレーション研究を推進していく。
磁気リコネクションの運動論モデルによる取扱いに関して、Zocco研究員（イギリス）は理論解析的な取扱い、Loureiro研究員（ポルトガル）は簡約化モデルによる数値シミュレーションと理論解析の研究を進めている。大規模シミュレーションによる広いパラメタ空間における知見と相補的な関係にある研究であり、今後重点的に議論する場を設け意見交換を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度得られた成果を整理し論文にまとめるとともに、国際会議で発表する。そのため論文校閲投稿費用を計上する。学会発表については、日本で開催される12th Asia Pacific Physics Conferenceに出席し発表を行う予定である。
前述の共同研究者との議論を行うために、ヨーロッパ（イギリス、ポルトガル）への旅費を計上する。
Web上での研究成果の発信を行う計画であるため、次年度はWebサーバ用計算機を購入しWebサーバを構築するための費用を計上する。
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