2017 Fiscal Year Annual Research Report
Generation of cosmic-ray protons at collisionless shocks via hybrid particle-in-cell simulations
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26287041
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
梅田 隆行 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (40432215)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 宇宙線 / プラズマ科学 / 超高層物理学 / 高エネルギー天文学 / 高性能計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子シミュレーションにおいて、ローレンツ力による荷電粒子のジャイロ運動を解くBoris法について、高精度化を行った。従来のBoris法ではローレンツ力による回転を2回計算することによってエネルギー保存則を満たしつつ二次精度を保っていた。本研究で新たに開発したn段のBoris法では、ローレンツ力による回転をn回計算することによってエネルギー保存則を満たしつつ、計算精度を従来のBoris法の2^(n-2)倍に高めることに成功した。
新しいBoris法を粒子シミュレーションコードに実装し、またデータ構造を、従来の粒子データが粒子の座標に関係なく並ぶ配列構造から、各格子が粒子データを持つ構造へと変更した。これにより計算機メモリへのアクセスが局所的になり、キャッシュメモリへのデータ転送が効率化され、従来のコードよりも約3倍の高速化に成功した。
高速化した粒子コードを用いて、衝撃波遷移層における大振幅ホイッスラーモード波の非線形発展について大規模2次元粒子シミュレーションを行った。1次元シミュレーションの場合と異なり、ホイッスラーモード波の伝搬と垂直方向に音波が成長し、波動が急速に減衰することが分かった。また速度空間の異方性に起因する別の不安定性との比較により、この過程が新たな不安定性であることを明らかにした。また、この不安定性によって電子の自由エネルギーが熱に変換されるため、1次元シミュレーションで見られたような電子加速が2次元では生じないことを示した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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