| Project/Area Number |
22K03566
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 非平衡プラズマ / エントロピーと温度 / 統計物理学 / 電子エネルギー分布関数 / 励起温度 / ツァリスエントロピー / エントロピーと温度の定義 / 励起状態密度分布 / 電子温度 / エントロピー理論 / ボルツマン方程式 / 非平衡統計力学 / 衝突輻射モデル |
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| Outline of Research at the Start |
非平衡プラズマ中では電子エネルギー分布関数(EEDF)も、励起状態密度分布も一般にBoltzmann 分布に従わないが、それらの理論計算は可能で、実験との良好な一致も確認されている。これらの計算結果を用いれば、各種一般化エントロピー（レニー・ツァリスなど）を求めることが可能となり、熱力学の基本に立ち返ることにより非平衡プラズマの温度の再検討を行うことが可能となる。連続系としてBoltzmann 解析によるEEDF から電子温度を、また離散系として衝突輻射(CR)モデルによる励起状態分布から励起温度をそれぞれ検討し、非平衡プラズマの「温度」を適切に理解するための新たな物理学を構築する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Focusing on the excited state density distribution in hydrogen plasma and the electron energy distribution in low-temperature weakly ionized plasma, we calculated various temperatures newly defined from their non-additive entropy and examined the relationship between "various temperatures" understood in a macroscopic sense and "statistical mechanical temperature" derived from partial differential calculations using entropy. The temperature Tq-Tsallis calculated from the Tsallis entropy was strictly identical to Tq-β calculated from the probability density distribution. Furthermore, it was confirmed that not only Tq-Tsallis = Tq-β, which is a known fact, but also the q-average temperature T<Uq> is identical to these Tq-Tsallis and Tq-β.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
非平衡プラズマ中においては、電子エネルギー分布関数や、励起状態数密度分布は、一般に Boltzmann 分布には従わない。そのような非平衡状態に対しても、統計力学的には、エントロピーSと内部エネルギーU を用い、 1/T = ∂S/∂U として温度Tを定義できる可能性がある。この計算においてはエントロピー最大化の原理が適用されるべきであり、非平衡の場合にはGibbsエントロピーではなく、Tsallisあるいは Renyiのエントロピーなどの非加法的エントロピーが候補となるが、その予想が正しいことが証明された。
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