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非中性プラズマを用いた多粒子系緩和過程に関する実験的研究

Research Project

Project/Area Number 04J01162
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Plasma science
Research InstitutionKyoto University
Research Fellow 曽我 之泰  京都大学, 大学院人間・環境学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords非中性プラズマ / TGモード / Landau減衰 / 波動トルク / 角運動量輸送 / ランダウ減衰
Research Abstract

なだらかなガウス分布状の径方向密度分布を持つ純電子プラズマに,外部から回転する電場を与えるとクーロン衝突緩和時間より充分長い時間スケールで密度分布の収縮が観測される.この現象を波動と粒子の相互作用によって引き起こされる輸送過程として捉え,プラズマの本質に関わる輸送に対する波動の効果を非中性プラズマを用いて定量的に明らかにした.主たる成果は以下のように纏められる.
(1)波の回転方向がプラズマの自己電場による回転方向と一致する場合に密度分布は収縮し,逆向きだと平坦な分布となり,その外縁が急速に拡大する.分布が圧縮された軸上の密度は強磁場では300倍に達した.
(2)導体壁に誘起される鏡像電荷の測定により,プラズマ内で結合するモードの分散関係を検討した.波動励起位置から下流側で見ると波の振幅の減衰は密度分布の圧縮と強く対応している.プラズマ内部における波動のグローバルな分布と軸方向波数を決定した.この手法によって求めた分散関係は,確かにプラズマ波が励起され,そのランダウ減衰が分布の径方向圧縮と対応することを示している.
(3)上記の過程を記述する理論モデルの構築を行った.ランダウ減衰により吸収された波動のエネルギーは,荷電粒子系の軸方向運動エネルギーと径方向輸送に伴うポテンシャルエネルギーに収支勘定が合う形で変換される.
(4)実験で得られた径方向の粒子輸送率はこのモデルの予測とファクター3以内でよく一致する.螺旋状に伝搬する波はプラズマ断面内では固有関数の重ね合わせで表されるグローバルな分布を保ちながら,軸方向には共鳴粒子との相互作用でエネルギーを失う.その一方で周方向の電場によるExBドリフトも共鳴的な径方向輸送を引き起こして,密度分布の収縮が誘導されることを明らかにした.
上記の成果を,非中性プラズマ国際ワークショップ2006(NNP2006),プラズマ・核融合学会第23回年会において発表した.

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report

Research Products

(9 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (9 results)

  • [Journal Article] Deformation of Weakly Unstable Density Distribution of Non-Neutral Plasma Stimulated by Resonant Clumps2006

    • Author(s)
      D.Fujita, Y.Kiwamoto, Y.Soga, N.Hashizume
    • Journal Title

      Plasma and Fusion Research Vol.1

      Pages: 44-44

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Relaxation of Azimuthal Flow Pattern from Ring to Bell Shape through Two-Dimensional Turbulence Triggered by Diocotron Instability2006

    • Author(s)
      Y.Kawai, Y.Kiwamoto, K.Ito, A.Sanpei, Y.Soga, J.Aoki, K.Itoh
    • Journal Title

      Jounal of the Physical Society of Japan Vol.75

      Pages: 104502-104502

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Transport Processes and Structure Formation of a Pure Electron Plasma Coupled to an External Rotating Wave2006

    • Author(s)
      Y.Soga, Y.Kiwamoto, Y.Kawai, J.Aoki
    • Journal Title

      Non-neutral Plasma Physics VI Vol.862

      Pages: 134-143

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Transport Processes of a Non-neutral Plasma Coupled to an External Rotating Wave2006

    • Author(s)
      Y.Soga, Y.Kiwamoto, N.Hashizume
    • Journal Title

      Physics of Plasmas (accepted for publication)(未定)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Controlled experiments on self-organization of ordered structure in a pure electron plasma2005

    • Author(s)
      Y.Kiwamoto, J.Aoki, Y.Soga, A.Sanpei
    • Journal Title

      Plasma Physics and Controlled Fusion Vol.47

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Radial transport in magnetized nonneutral plasma driven by rotating wave2005

    • Author(s)
      Y.Kiwamoto, Y.Soga, J.Aoki
    • Journal Title

      Physics of Plasmas Vol.12

      Pages: 94501-94501

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Potential distribution of nonuniformly charged ellipsoid2004

    • Author(s)
      Y.Kiwamoto, J.Aoki, Y.Soga
    • Journal Title

      Physics of Plasmas Vol.11,No.10

      Pages: 4868-4870

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] High-Fidelity Optical Transfer System for Two Dimensional Imaging of Density Distribution2004

    • Author(s)
      J.Aoki, Y.Kiwamoto, Y.Soga, A.Sanpei
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics Vol.43,No.10

      Pages: 7267-7270

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Novel Application of Electron Vortex Dynamics to the Alignment of Magnetic and Cylinder Axes2004

    • Author(s)
      J.Aoki, Y.Kiwamoto, Y.Soga, A.Sanpei
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics Vol.43,No.11

      Pages: 7777-7781

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-03-31   Modified: 2016-04-21  

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