サイクロトロン・サブハーモニクス波による粒子加速とプラズマ加熱

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 60580009
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 阿部 宏尹 京大, 工学部, 講師 (30026140)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 板谷 良平 京都大学, 工学部, 教授 (90025833)
• Keywords: サブハーモニクス / シミュレーション / プラズマ加熱 / エネルギー緩和

Research Abstract

プラズマの粒子シミュレーションの結果の解析から我々はこの新しい加熱機構が存在する可能性を提唱し注目を浴びた。現象そのものは実験的にも確認されたがその加熱機構に関して異論が現れている。
しかし我々は最初に指摘したように周波数ω=(n/2)Ωiのサイクロトロン・サブハーモニクス波はイオンの位相面における粒子軌道に島(アイランド)を形成し、共鳴的にイオンの粒子加速を良くすることがこの加熱の本質であると考えている。この考えに基ずき多時間尺度の方法を導入することにより、以前求めた解の精度を向上させ、又周波数のずれの効果も含む解を得た。しかし、この島にイオンが捕捉されているだけの現象であれば加熱は比較的短時間に飽和する筈である。真の意味で加熱現象と考えることができるためにはこの加速によって得たエネルギーが緩和される必要がある。
単純な系、即ち磁場一様、密度一様の系に左端から波動を励起したとき、エネルギー緩和機構が存在するか否かを知るために大、小振幅の2ケースにつきシミュレーションを行った。その結果、長時間ランさせても加熱の飽和の兆候は現れず、この加熱機構自体に何等かのエネルギー緩和機構を持っていることを示唆する結果を得た。
又、波の空間減衰の測定に大変面白い現象が観測された。波の減衰率が長い周期で変動する即ち一点で見れば振幅振動が観測されたことになる。これは上述のエネルギー緩和機構に関連する現象の可能性が高い。
速度分布関数に高エネルギー・イオン・テールが観測されることは位相空間に形成すする島にイオンが捕捉されようとする傾向を示すが、その最大エネルギーは島の大きさより推定される大きさよりは小さい。
以上、新発見された非線型現象の一形態の概観が明らかになってきたが、更に今後の研究を必要とする。

Research Products

• [Publications] 阿部宏尹,岡田英俊,板谷良平,小野雅之,奥田英雄: Physical Review Letters. 53. 1153-1156 (1984)
• [Publications] 岡田英俊,阿部宏尹,板谷良平,小野雅之: The Physics of Fluids. 29. 489-500 (1986)