不均一高温プラズマにおける波動伝播の微積分方程式による解析

1987 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62580007
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 福山 淳 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (60116499)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東辻 浩夫 岡山大学, 工学部, 助教授 (40011671) ; 古谷 洋一郎 岡山大学, 工学部, 教授 (70108124)
• Keywords: プラズマ / 波動加熱 / 波動伝播 / 微積分方程式 / 空間不均一 / 波-粒子共鳴相互作用 / 有限ラーマー半径効果

Research Abstract

昭和62年度に計画されていた, 非磁化プラズマ中の共鳴吸収, 磁力線方向に不均一な磁場中のサイクロトロン共鳴吸収, 等方温度の場合の有限ラーマー半径効果の解析について, それぞれ定式化ならびに一次元数値解析コードの開発を行い, 従来の微分方程式を用いた解析と比較した.
1.非磁化プラズマ中の波動伝播を微積分方程式の形で定式化することにより, 不均一方向の波-粒子共鳴相互作用の解析が可能になった. 一次元モデルの数値解析により, 電磁波の共鳴吸収による吸収パワーの空間分布を運動論的に求めることができた. また吸収率については粒子間衝突を取り入れた従来の微分方程式による解析とよく一致した.
2.磁力線方向に不均一なプラズマにおけるサイクロトロン共鳴吸収を微積分方程式を用いて定式化し, 一次元モデルについて数値解析した. そして電子サイクロトロンにおける吸収パワーの空間分布, 右回り円偏波-左回り円偏波間のモード変換率を求めることが可能になった.
3.高エネルギー粒子の有限ラーマー半径効果を取り入れた波動伝播方程式を, 等方温度をもつプラズマについて微積分方程式として定式化し, 数値解析を行った. その結果, 従来の微積分方程式による解析では取り扱えなかった高エネルギーイオンが存在する場合のサイクロトロン共鳴加熱の解析が可能になった. そして, 従来の微分方程式による解析では, 核融合反応によって生成されたα粒子による吸収が過大評価されていることが明らかになった. また3次以上のサイクロトロン高調波共鳴による吸収も記述できるようになった.