2019 Fiscal Year Annual Research Report
Mathematical models of electron scattering in the radiation belt by whistler chorus waves
Publicly Offered Research
| Project Area | Solar-Terrestrial Environment Prediction as Science and Social Infrastructure |
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| Project/Area Number |
18H04439
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
成行 泰裕 富山大学, 学術研究部教育学系, 准教授 (50510294)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 拡散過程 / 放射線帯 / ホイッスラーコーラス波 / 一般化ランジュバン方程式 / ランダム力学系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度に得られた主要な成果は以下のものである：
①位相破壊をノイズ項として含む確率モデル(波動-粒子相互作用のランダム力学系)を提案し、理論的・数値的に解析した。荷電粒子とコヒーレントな相互作用を行う有限振幅波動が存在する場合、ピッチ角の発展式にノイズ項が無くても、ジャイロ角の式のノイズ項(位相破壊)によりピッチ角拡散が進行する。初期状態を平衡点近傍に置いた場合、コヒーレントな位相捕捉と準線形的な古典拡散が共存することを理論的に示し、数値的に確認した。一方で、有限振幅波動の振幅やノイズの強度が大きくなるほど、ピッチ角拡散が古典拡散よりも弱い拡散(亜拡散)になることが分かった。また、現在用いているパラメータの範囲ではEuler-Maruyama法で十分な数値計算精度があることが分かった。
②①のモデルの数値計算から得た時系列データに対し機械学習を行い、統計量(拡散係数)の過去の時系列データからの再現性(予測性)を評価した。グローバルなテスト粒子計算に合わせて電子ジャイロ周期よりも長い時間(粗視化)スケールで過去データを説明変数として用いたところ、波動の非線形性・ノイズ強度共に小さい場合を除き拡散係数の時系列に対する相関係数と残差平方和はよく対応しており、予測の精度もノイズ強度で概ね分類できることが分かった。
③簡約化した双極子磁場を用いて、背景場の非一様性の影響について議論した。ジャイロ角を含む相対論的なテスト粒子系でバウンス運動を数値的に解き、ある時間スケール(粗視化スケール)ごとに一様背景場で計算した系との比較を行った計算、粗視化スケールに赤道ピッチ角の拡散が大きく影響されることが分かった。これは、初期の粒子集団の位置(電磁場の時系列の類似性)が異なる場合でも同様の傾向であった。ただし、現在までに確かめた範囲では、拡散係数の変化は時間的な粗視化スケールに対し単調ではない。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(4 results)
