イオンサイクロトロン不安定性による構造形成のシミュレーション研究

• 研究課題/領域番号: 12680485
• 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: 石黒 静児 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (10193301)
• 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) ; 藤堂 泰 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (00249971) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円); 2002年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2001年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2000年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: オーロラ / 粒子加速 / 電位構造 / ダブルレイヤー / 異常抵抗 / V字型電位構造 / 電離層 / 静電イオンサイクロトロン不安定性 / 異常低抗 / イオンサイクロトロン / 沿磁力線電位差

研究概要

地球などの磁場を持つ惑星の極地方で観測されるオーロラは,電離層で磁力線に沿って加速された高速の電子が大気の窒素,酸素等を電離することによって発生する.この高速電子の生成機構解明のため、代表者らは、自己無撞着な開放系2-1/2次元静電粒子シミュレーションコードを開発し,大規模なシミュレーションを実行することによって,電流駆動静電イオンサイクロトロン不安定性によってV字型の静電電位構造が形成されることを世界で始めて実証することに成功していた.この電位差及び電位構造の系の大きさ及び電流分布に対する依存性を調べるシミュレーションを行い,沿磁力線電位差は不安定性によるイオンサイクロトロン波の成長に伴って増加しやがて飽和するが、この電位上昇は系が磁力線方向に長いほど長く続き,最終的に到達する電位差も大きくなることから,現実的な系の長さではオーロラ電子加速を説明しうる電位差となりうることを示した.また電流分布の幅を変化させたシミュレーションから電位構造の幅は電流領域の幅で決まっていることを明らかにした.加えて、イオン音波及び静電イオンサイクロトロン波が.ともに不安定となるパラメータ領域でもシミュレーションを行い波の不安定性による成長並びに電位構造の形成を調べた。いくつかのパラメータによるシミュレーションを行った結果から、このパラメータ領域においてもイオンサイクロトロン波が優勢になることが示された。さらに磁化プラズマ3次元粒子シミュレーションコードを開発し、予備的なシミュレーションを行った。

研究成果

• [文献書誌] S.Ishiguro, T.Sato: "V-shaped Potential Structure Formation Due to Current-Driven Electrostatic Ion Cyclotron Instability"Proceedings of the 2000 International Congress on plasma physics. 1028-1031 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kaneko, S.Ishiguro et al.: "Fine Structure of Plasma Potential Formed by Local ECR in a Magnetic-Mirror Field"Proceedings of the 2000 International Congress on plasma physics. 648-651 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Lj.Nikolic, S.Ishiguro et al.: "Self-Organization in a High lntensity Laser Plasma Interaction"Inertial Fusion Science and Application 2001. 335-338 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W.Oohara, S.Ishiguro et al.: "Dynamic Evolution of Plasma Structure Due to Local Production of Massive Negative Ions"Journal of Physical Society of Japan. 71. 373-376 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kaneko et al.: "Plasma Confining Potential Self-Consistently Formed by Local Electron Cyclotron Resonance in a Well-Shaped Magnetic Field"Physics of Plasmas. 9. 1271-1276 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Ishimori et al.: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magnetic-Field Lines"JPFR Series. 4. 345-348 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W.Oohara et al.: "Generation of negative potential pulses in a massive ion plasma"Plasma Physics and Controlled Fusion. 44. 1299-1310 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Li.Nikolic et al.: "Stimulated electron-acoustic-wave scattering in a laser plasma"Physical Review E. 66. 036404-1-036404-4 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Ishiguro et al.: "Formation of Wave Front Pattern and dc Potential Structure Accompanied by Current Driven Electrostatic Ion-Cyclotron Instabilities"XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science. 1439 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 石黒静児: "静電電位構造形成のシミュレーション"静電電位構造形成のシミュレーション. 78. 1030-1036 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Lj.Nikolic et al.: "On stimulated scattering of laser light in inertial fusion energy targets"Fusion Science and Technology. 43. (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Seiji Ishiguro and Tetsuya Sato: "V-shaped Potential Structure Formation Due to Current-Driven Electrostatic Ion Cyclotron Instability"Proceedings of the 2000 International Congress on Plasma Physics. 1028-1031 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Kaneko, S. Ishiguro, R. Hatakeyama, and N. Sato: "Fine Structure of Plasma Potential Formed by Local ECR in a Magnetic-Mirror Field"Proceedings of the 2000 International Congress on Plasma Physics. 648-651 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Lj. Nikolic, S. Ishiguro, H. Takamaru, M. Skoric and T. Sato: "Self-Organization in a High Intensity Laser Plasma Interaction"Inertial Fusion Science and Application 2001. 335-338 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W. Oohara, S. Ishiguro, R, Hatakeyama, and N. Sato: "Dynamic Evolution of Plasma Structure Due to Local Production of Massive Negative Ions"Journal of Physical Society of Japan. Vol.71, No. 2. 373-376 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Kaneko, R. Hatakeyama, N. Sato, and S. Ishiguro: "Plasma Confining Potential Self-Consistently Formed by Local Electron Cyclotron Resonance in a Well-Shaped Magnetic Field"Physics of Plasmas. Vol.9, No.4. 1271-1276 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Ishimori, T. Kaneko, S. Ishiguro and N. Sato: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magnetic-Field Lines"JPFR Series. Vol.IV. 345-348 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W. Oohara, R. Hatakeyama, and S. Ishiguro: "Generation of negative potential pulses in a massive ion plasma"Plasma Physics and Controlled Fusion. Vol.44. 1299-1310 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Lj. Nikolic, M. M. Skoric, S. Ishiguro, and T. Sato: "Stimulated electron-acoustic-wave scattering in a laser plasma"Physical Review E. Vol.66, No.3-2B. 036404-1-036404-4 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Ishiguro, T. Sato and H. Takamaru: "Formation of Wave Front Pattern and dc Potential Structure Accompanied by Current Driven Electrostatic Ion-Cyclotron Instabilities"XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science. 1439 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Ishiguro: "Numerical Simulation Study on Electrostatic Potential Formation"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.78. 1030-1036 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Lj. Nikolic, M. M. Skoric, S. Ishiguro, and T. Sato: "On stimulated scattering of laser light in inertial fusion energy targets"Fusion Science afld Technology. Vol. 43,to be published. (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kaneko: "Plasma Confining Potential Self-Consistently Formed by Local Electron Cyclotron Resonance in a Well-Shaped"Physics of Plasmas. 9・4. 1271-1276 (2002)
• [文献書誌] T.Ishimori: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magnetic-Field Lines"JPFR Series. IV. 345-348 (2002)
• [文献書誌] W.Oohara: "Generation of negative potential pulses in a massive ion plasma"Plasma Physics and Controlled Fusion. 44. 1299-1310 (2002)
• [文献書誌] 石黒静児: "静電電位構造形成のシミュレーション"プラズマ・核融合学会誌. 10月号. 1030-1036 (2002)
• [文献書誌] Lj.Nikolic: "Stimulated electron-acoustic-wave scattering in a laser plasma"Physical Review E. 66・. 036404-1-036404-4 (2002)
• [文献書誌] Y.Todo: "Simulation Study of Beam ion Loss due to Alfven Eigenmode Bursts"Proc.19^<th> Int.Conf.Lyon, 2002. THP3-THP18 (2002)
• [文献書誌] S.Ishiguro: "V-shaped potential formation due to current-driven electrostatic ion cyclotron instability"IPELS-2001 Abstract. 136-136 (2001)
• [文献書誌] H.Takamaru: "Formation of ion-acoustic double layer in two-dimensional open systetem"IPELS-2001 Abstract. 164-164 (2001)
• [文献書誌] Lj.Nikolic: "Self-Organization in a high intensity laser plasma interaction"Second International Conference on Inertial Fusion Sciences and Application-Abstracts. 109-109 (2001)
• [文献書誌] T.Kaneko: "Plasma confining potential self-consistently formed by local electron cyclotron resonance in a well-shaped magnetic field"Physics of Plasmas. (in press). (2002)
• [文献書誌] T.Ishimori: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magnetic-Field Lines"JPFR Series. 4(in press). (2002)
• [文献書誌] W.Oohara: "Dynamic Evolution of Plasma Structure Due to Local Production of Massive Negative Ions"J. Phys. Soc. Jpn.. 71・2. 373-376 (2002)
• [文献書誌] Y.Todo: "Fokker-Planck simulation study of Alfven eigenmode bursts"Nuclear Fusio. 41・9. 1153-1159 (2001)
• [文献書誌] 内藤裕志: "磁気流体現象と運動論的効果"プラズマ・核融合学会誌. 77・6. 547-556 (2001)
• [文献書誌] S.Ishguro and T.Sato: "V-shaped potential structure formation due to current-driven electrostatic ion cyclotron instability"Proc.2000 Int.Con.On Plasma Physics. 3. 1028-1031 (2001)
• [文献書誌] T.Kaneko,S.Ishiguro et al.: "Fine Structure of Plasma Potential Formed by Local ECR in a Magnetic-Mirror Field"Proc.2000 Int.Con.On Plasma Physics. 2. 648-651 (2001)
• [文献書誌] R.Horiuchi and T.Sato: "Nonlinear Dynamics of Plasma Instabilities in a Collisionless Current Layer"Progress of Theoretical Physics, Supplement. No.138. 704-705 (2000)
• [文献書誌] R.Horiuchi,W.Pei and T.Sato: "Collisionless Driven Reconnection in an Open System"Earth,Planets and Space. Vol.53(In press). (2001)
• [文献書誌] S.Ishiguro and T.Sato: "Structure Formation due to Field Aligned Electron Stream in Magnetized Plasmas"Abstracts of 11th International Toki Conference. 168 (2000)
• [文献書誌] T.Ishimori et al.: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magenetic-Field Lines"Abstracts of 11th International Toki Conference. 111 (2000)