2014 Fiscal Year Research-status Report
相対論的傾圧効果による磁場生成に関する理論及びシミュレーション研究
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26800279
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川面 洋平 東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教 (80725375)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 相対論的プラズマ / ヘリシティ / 対称性 / 傾圧効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では相対論的プラズマにおいて近年発見された相対論的傾圧効果によって生じる渦構造の理論・数値的解析を行なった．非相対論的プラズマにおいては順圧的であれば初期にゼロであった渦・磁場は生成されないが，相対論的プラズマにおいては順圧であってもローレンツ因子の勾配によって渦が生成れうる．一方逆に見ればこの渦生成により従来保存量であったヘリシティの保存が破れるということも意味する．
まず理論計算では相対論的ヘリシティの保存と対称性の関係を明らかにした．以前の我々の研究において，上述した相対論効果によって保存が破れるヘリシティの定義を拡張し，相対論的流体運動のもとでも保存する"相対論的ヘリシティ"を発見していた．本研究における計算によって対論的ヘリシティの保存は非相対論における従来のヘリシティと同様に，ラグランジアンの流体要素ラベリング対称性から導出されることがわかった．またラグランジュ座標における時間(固有時間)とオイラー座標における時間(基準時間)の違いの為にラグランジュ座標における保存流はオイラー座標では保存流としては表現できないことが示された．これにより相対論的流体運動において従来のヘリシティの保存が破れることが説明される．また相対論的磁気流体力学のラグランジュ表現を定式化し，相対論的クロスヘリシティの保存を示した．
数値計算では相対論的電子プラズマのシミュレーションコードを用いて相対論的傾圧効果が実験室プラズマ中でどのような状況で顕著に現れるかを調べた．その結果，相対論的傾圧効果と熱的傾圧効果の差異は相対論的速度で進行するプラズマの垂直な面において大きく現れることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
理論計算においては十分な発見を得たが，数値計算では相対論的傾圧効果と熱的傾圧効果の差異についての考察のみで，相対論的傾圧効果によって生成された渦・磁場の特徴に関する考察が進んでいない．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度における数値計算では実験によって実証しやすい電子プラズマを考えていたが，電場によるプラズマの減速が相対論的傾圧効果に対して致命的であるので，ペアプラズマに関する数値計算を考察する．また理論計算の発展として，オイラー表現による変分定式化とラグランジュ表現による定式化の関係を考える．
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