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無衝突プラズマにおける磁気リコネクションの発生機構

研究課題

研究課題/領域番号 10680468
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 プラズマ理工学
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

堀内 利得  核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 教授 (00229220)

研究分担者 高丸 尚教  核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (20241234)
渡辺 智彦  核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (30260053)
研究期間 (年度) 1998 – 1999
研究課題ステータス 完了 (1999年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
1999年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
1998年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード無衝突プラズマ / 磁気リコネクション / 粒子シミュレーション / 異常抵抗 / 粒子運動論効果 / イオンラーモア半径 / ドリフトキンク不安定性 / 非等的イオン加熱 / 非等方イオン加熱 / プラズマ不安定性 / 外部駆動電場 / 波粒子相互作用
研究概要

3次元電磁粒子シミュレーター手法を用いて、無衝突プラズマで発生するリコネクション(無衝突磁気リコネクション)の物理機構の研究を行った。主な結果は以下の通りである。
1.無衝突磁気リコネクションを引き起こす物理機構として、2種類の物理過程が存在する。1つは、プラズマを構成する荷電粒子のミクロスケールの性質に依拠した粒子運動論効果であり、他の1つは、電流を担う荷電粒子とプラズマ波との相互作用に起因する異常抵抗の効果である。
2.外部駆動電場が存在しない場合、異常抵抗の発生に関するものとして、2種類のプラズマ不安定性が電流層で発生することが明らかにされた。1つは電流層周辺の圧力勾配の大きな領域に発生する低域混成ドリフト不安定性で、他の1つは、電流層がイオンラーモア半径程度以下の狭い領域に圧縮された時に、磁気中性面近傍で発生するドリフトキンク不安定性である。後者は、平衡電流に沿った方向の直流電場を作り出すことにより磁気リコネクションを誘発する。一方、低域混成ドリフト波は磁気中性面近傍の高ベータ領域では減衰するために異常抵抗の原因とは成り得ない。
3.外部駆動電場が存在する場合、イオンの運動論効果により、外部から与えられて電場が電流層の内部に浸透していく。磁気中性面に到達した時点で磁気リコネクションが駆動される。即ち、駆動電場が存在する場合は、異常抵抗による電場が発生する前に、イオンの運動論効果を通じて、無衝突磁気リコネクションが誘発される。
4.電流層の厚さは、駆動電場による圧縮、ドリフトキンク不安定性の非線形成長や高速リコネクション流による平坦化のために、時間とともに変化している。そのため、電流層で観測されたドリフトキンクモードの成長率が、駆動電場が存在しない場合と比較して、数倍大きくなっている。
5.電流層の圧縮過程で、イオンの磁場に垂直な成分の温度が加熱され、非等方なイオン温度分布が形成されていることも判った。

報告書

(3件)
  • 1999 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (55件)

  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Particle Simulation on a Large Spatiotempral Scale"J. Plasma and fusion Research. 74. 836-843 (1998)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Particle Simulation of Collisionless Reconnection in Three Dimensions"Plasma Physics and Controlled Fusion. 41. A477-A485 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Collisionless magnetic reconnection in the presence of external driving flow"J. Plasma Phys.. 61. 415-423 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Anomalous Resistivity and Particle kinetic Effect in Collisionless Reconnection"J. Plasma Fusion Res.. SERIES2. 58-61 (1999)

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  • [文献書誌] K. Nishimura: "Tilt Stabilization by Energetic Beam Ions in a Field-Reversed Configuration"J. Plasma Fusion Res.. SERIES2. 198-201 (1999)

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  • [文献書誌] T. -H. Watanabe: "A Magnetohydrodynamic model of MRX discharges"J. Plasma Fusion Res.. SERIES2. 524-527 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Three-dimensional Particle Simulation of Collisionless Reconnection"Chinese Phys. Lett., Suppl.. (印刷中). (1999)

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  • [文献書誌] K. Nishimura: "Drift-kink instability by beam ions in field-reversed configuration"Phys. Plasma. 6. 3459-3465 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Three-dimensional Particle Simulation of Plasma Instabilities and Collisionless Reconnection in a Current Sheet"Phys. Plasma. 6. 4565-4574 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Particle Simulation Study on Tilt Stabilization in FRC Plasmas"Trans. Institute electrical engineers Japan. 119-A. 1312-1318 (1999)

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  • [文献書誌] T. -H. Watanabe: "Modeling of magnetic island formation in magnetic reconnection experiment"Phys. Plasma. 6. 1253-1257 (1999)

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  • [文献書誌] T. -H. Watanabe: "Two-Dimensional MHD Simulation of Merging Plasmas in Laboratory Experiments- Focusing on Its dynamic Behaviors"J. Plasma Phys. fusion Res.. 75CD. 1119 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Kinetic Stabilization of Tilt Disruption in Field-Reversed Configuration"Nucl. Fusion. 39. 2083-2088 (1999)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Nonlinear Dynamics of Plasma Instabilities in a Collisionless Current Layer"Prog. Theor. Phys. Suppl.. (印刷中). (2000)

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  • [文献書誌] T. -H. Watanabe: "Non-dissipative kinetic simulation and analytical solution of three-mode coupling of ion temperature gradient instability"Phys. Plasma. 7(印刷中). (2000)

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  • [文献書誌] Y.Suzuki, T.-H.Watanabe, A.Kageyama, TSato, T.Hayashi, and the Complesity Simulation Group: "Three-Dimensional Simulation Study of Spheromak Injection into helical Plasmas"J. Plasma Fusion Res. SERIES. 1. 518-521 (1998)

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  • [文献書誌] R.Horiuchi: "Particle Simulation on a Large Spatiotemporal Scale"J. Plasma and Fusion Research. 74. 836-843 (1998)

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  • [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Anomalous Resistivity and particle kinetic Effect in Collisionless Reconnection"J. Plasma Fusion Res. SERIES. 2. 58-61 (1999)

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  • [文献書誌] K.Nishimura, R.Horiuchi, and T.Sato: "Tilt Stabilization by Energetic Beam Ions in a Field-Reversed Configuration"J. Plasma Fusion Res. SERIES. 2. 198-201 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.-H.Watanabe, T.Hayashi, and T.Sato: "A magnetohydrodynamic model of MRX discharges"Journal of Plasma and Fusion Research SERIES. 2. 524-527 (1999)

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  • [文献書誌] Y.Suzuki, T.-H.Watanabe, T.Sato, and T.Hayashi: "Three-dimensional Simulation Study of Compact Toroid Injection into Magnetized Plasmas"Chinese Phys. Lett. Suppl.. (in press). (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Three-dimensional Particle Simulation of Collisionless Reconnection"Chinese Phys. Lett. Suppl.. (in press). (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Particle Simulation of Collisionless Reconnection in Three Dimensions"Plasma Phys. Control Fusion. 41. A477-A485 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Collsionlles magnetic reconnection in the presence of external driving flow"J. Plasma Phys.. 61. 415-423 (1999)

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  • [文献書誌] K.Nishimura, R.Horiuchi and T.Sato: "Drift-kink instability by beam ions in field-reversed configurations"Phys. Plasmas. 6. 3459-3465 (1999)

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  • [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Three-dimensional Particle Simulation of Plasma Instabilities and Collisionless Reconnection in a Current Sheet"Phys. Plsamas. 6. 4565-4574 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Horiuchi, K.Nishimura and T.Sato: "Particle Simulation Study on Tilt Stabilization in FRC Plasmas"Trans. Institute Electrical Engineers Japan. 119-A. 1312-1318 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Ishiguro, T.Sato, H.Tkamaru and the complexity Simulation Group: "Open boundary particle simulation of electrostatic ion cyclotron instability"J. Plasma Phys.. 61. 407-414 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.-H.Watanabe, T.hayashi, T.Sato, M.Yamada, and H.Ji: "Modeling of magnetic island formation in magnetic reconnection experiment"Phys. Plasmas. 6. 1253-1257 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. H.Watanabe, T.Hayashi, and T.Sato: "Two-Dimensional MHD Simulation of Merging Plasmas in Laboratory Experiments-Focusing on Its Dynamic Behaviors-"J. Plasma Phys. Fusion Res.. 75CD(in press). 1119 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Suzuki, T.-H.Watanabe, T.Sato, and T.Hayashi: "Three-Dimensional Dynamics of a Compact Torus Injected into Magnetized Plasmas"J. Plasma Phys. Fusion Res.. 75CD(in press). 1120 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Horiuchi, K.nishimura, T.H.Watanabe, and T.Sato: "Kinetic Stabilization of Tilt Disruption in Field-Reversed"Nucl. Fusion. 39. 2083-2088 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Hayashi, N.Mizuguchi, T.-H.Watanabe, Y.Todo, T.Sato and the Complexity Simulation Group: "Nonlinear Simulation of Internal Reconnection Event in Spherical Tokamak"Nucl. Fusion. (in press). (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Nonlinear Dynamics of Plasma Instabilities in a Collsionless Current Layer"Prog. Theor. Phys. Suppl.. (in press). (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.-H.Watanabe, H.Sugama, and T.Sato: "Non-dissipative simulation and analytical solution of three-mode coupling temperature gradient instability"Phys. Plasmas. 7(in press). (2000)

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  • [文献書誌] Y.Suzuki, T-H.Watanabe, T.Sato, and T.Hayashi: "Three-dimensional Simulation of Spheromak Injection into Magnetized Plasmas"Nucl. Fusion. (in press). (2000)

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  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Particle Simulation of Colisionless Reconnection in Three Dimensions"Plasma Physics and Controlled Fusion. 41. A477-A485 (1999)

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  • [文献書誌] K. Nishimura: "Tilt Stabilization by Energetic Beam Ions in a Field-Reversed Configuration"J.Plasma Fusion Res.. SERIES 2. 198-201 (1999)

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      1999 実績報告書
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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Three-dimensional Particle Simulation of Collisionless Reconnection"Chinese Phys. Lett., Suppl.. (印刷中). (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Nishimura: "Drift-kink instability by beam ions in field-reversed configurations"Phys. Plasmas. 6. 3459-3465 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Three-dimensional Particle Simulation of Plasma Instabilities and Collisionless Reconnection in a Current Sheet"Phys. Plasmas. 6. 4565-4574 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Particle Simulation Study on Tilt Stabilization in FRC Plasmas"Trans. Institute Electrical Engineers Japan. 119-A. 1312-1318 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.-H. Watanabe: "Modeling of magnetic island formation in magnetic reconnection experiment"Phys. Plasmas. 6. 1253-1257 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T. H. Watanabe: "Two-Dimensional MHD Simulation of Merging Plasmas in Laboratory Experiments - Focussing on Its Dynamic Behaviors -"J.Plasma Phys. Fusion Res. 75CD. 1119 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Kinetic Stabilization of Tilt Disruption in Field-Reversed Configurations"Nucl. Fusion. 39. 2083-2088 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] R. Horiuchi: "Nonlinear Dynamics of Plasma Instabilities in a Collisionless Current Layer"Prog. Theor. Phys. Suppl.. (印刷中). (2000)

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  • [文献書誌] T.-H. Watanabe: "Non-dissipative kinetic simulation and analytical solution of three-mode coupling of ion temperature gradient instability"Phys. Plasmas. 7(印刷中). (2000)

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  • [文献書誌] T.-H.Watanabe: "Magnetohydrodynamic instabilities in a compact torus formed by the Spheromak merging" Phys.Plasmas. 6・4(印刷中). (1999)

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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