2015 Fiscal Year Research-status Report
高マッハ数衝撃波の多次元構造中における大振幅電磁場擾乱励起と電子加速機構の解明
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26400266
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
松本 洋介 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 特任助教 (20397475)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 衝撃波加速 / 電子加速 / 宇宙線 / プラズマ / 電子 / PICシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度から引き続き、高マッハ数衝撃波の3次元構造とその中での電子の加速メカニズムについて、スーパーコンピューター京を用いた大規模PICシミュレーションを行った。衝撃波前方では、反射イオンが励起するBuneman不安定が高強度に成長し、コヒーレントな静電場構造を作ることが明らかになった。また衝撃波面近傍では、同じく反射イオンによるワイベル不安定が磁気乱流構造を生成し、衝撃波面を大きく乱す源となることが明らかになった。
上流の冷たい電子はまず、衝撃波前方に励起された静電場によて捕捉され、対流電場によって直接加速される、電子サーフィン加速が効率的に働くことが3次元シミュレーションにおいて初めて明らかになった。さらに、サーフィン加速した粒子は、衝撃波面近傍の磁気乱流中を、ドリフト運動とピッチ角散乱を受けながら徐々にエネルギーを獲得し、相対論的エネルギー（ローレンツ因子で7程度）まで加速することが明らかになった。全体としては、上流電子はサーフィン加速や磁気乱流中の散乱によって、べき乗分布に従うような非熱的成分を形成する。さらに、2次元計算結果と比較して、高効率的な加速メカニズムが3次元シミュレーションで得ることができた。
このような、Buneman不安定による波乗り加速とイオンワイベル不安定による磁気乱流による散乱を同時に扱った例は世界で初めてであり、大規模3次元計算を行ったことで初めて明らかになった。現在は粒子軌道の詳細を解析し、成果報告の準備を行っている。
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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
高マッハ数衝撃波の3次元PIC計算を順調に実施することができた。また、得られた結果も、3次元計算を行って初めて明らかになった粒子加速の描像を得ることができている。膨大なデータを解析するのに時間がかかっているため、論文としての成果に結びつけるのに時間がかかっているが、得られた成果は期待以上のものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
衝撃波の粒子加速効率を考えるうえでは、上流の磁場の向き（衝撃波角）が重要なパラメタとして考えられる。本研究の計算コストは非常に大きいため、まだ1パラメタの計算しか実施できていないが、今後は衝撃波角を現在の84°（ほぼ垂直衝撃波）からやや斜めにしたパラメタ（74°程度を予定）で計算を実施し、加速効率の違いについて議論を行う予定である。
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Research Products
(5 results)
