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トポロジー束縛を持った非平衡統計力学:自己組織化乱流の熱力学とエントロピー生成率

研究課題

研究課題/領域番号 16J01486
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 プラズマ科学
研究機関東京大学

研究代表者

佐藤 直木  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2017年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードConservative Dynamics / Topological Constraints / Diffusion / Entropy Measure / Invariant Measure / Helicity / Non-Integrability / Non-Elliptic PDE / Self-Organization / Hamiltonian Mechanics / Almost Poisson Algebra / Jacobi Identity
研究実績の概要

1、The theory developed in the present study was summarized in the Phd thesis with title "Generalized conservative dynamics in topologically constrained phase space: macro-hierarchy, entropy production, and self-organization". In this work a statistical theory of conservative systems subject to topological constraints is formulated, and the relationship between constraints and entropy measure is clarified by derivation of the H-theorem.
2、The theory was applied to study plasma equilibria resulting by diffusion in different magnetic geometries: a straight magnetic field and a dipole magnetic field. Particle simulations confirmed the theoretical prediction that diffusion in a dipole magnetic field generate density gradients.
3、In the study of diffusion processes subject to non-integrable constraints, it was found that there exists an additional mechanism to generate organized structures that does not arise when the constraints are integrable. Such self-organization is driven by a distortion of space caused by a geometrical charge, the "field charge". This quantity measures the departure of the operator (the antisymmetric matrix that generates the dynamics together with the Hamiltonian) from a Beltrami field.
4、It was found that the stationary form of the diffusion equation describing systems affected by topological constraints is a non-elliptic second order partial differential equation. Specific conditions for existence and uniqueness of solution were obtained by using the integrability properties of the constraints.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Diffusion with finite-helicity field tensor: A mechanism of generating heterogeneity2018

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 97 号: 2 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1103/physreve.97.022145

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charged particle diffusion in a magnetic dipole trap2018

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1928 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1063/1.5021579

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Up-Hill Diffusion, Creation of Density Gradients: Entropy Measure for Systems with Topological Constraints2016

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 93 号: 6 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1103/physreve.93.062140

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Inward Diffusion and Acceleration of Particles Driven By Turbulent Fluctuations in Magnetosphere2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ushida, Y. Kawazura, N. Sato, and Z. Yoshida
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 23 号: 11 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1063/1.4967281

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Theoretical Modeling and Particle Simulation of Inward Diffusion in a Radiation Belt2018

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan, 73rd annual meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 測度保存型括弧積を持つ準ハミルトン力学系の統計力学2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤直木、吉田善章
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Recirculating Flow of an Euler Fluid2017

    • 著者名/発表者名
      R. L. Dewar and N. Sato
    • 学会等名
      ANZIAM 2017
    • 発表場所
      Hahndorf (Australia)
    • 年月日
      2017-02-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Diffusion in Generalized Conservative Dynamics2017

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 学会等名
      Plasma Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relaxation and Stability of Compressible Euler Flow in a Toroidal Domain2017

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and R. L. Dewar
    • 学会等名
      The Japan Society of Fluid Mechanics 2017 annual meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Hamiltonian and Non-Hamiltonian Reductions of Charged Particle Dynamics: Diffusion and Self-Organization2017

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 学会等名
      12th International Workshop on Non-Neutral Plasmas
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-Organization of Macroscopic Structures and Entropy Production in Conservative Systems with Topological Constraints2017

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and Z. Yoshida
    • 学会等名
      9th Festival de Theorie: Avalanching and Self-Organization in Plasmas: 30 Years of BTW
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relaxed States in MRxMHD Plasmas2016

    • 著者名/発表者名
      N. Sato and R. L. Dewar
    • 学会等名
      NIFS 共同研究 研究会:アルヴェン固有モードに関連したMHD現象の研究
    • 発表場所
      核融合科学研究所(岐阜県土岐市)
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ヤコビ律を満たさない括弧積の拡張によるポアソン括弧2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤直木、吉田善章
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] プラズマ理工学講座 吉田・西浦研究室

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] Google Scholar

    • URL

      https://scholar.google.com/citations?user=VOI6Ej0AAAAJ&hl=en

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] プラズマ理工学口座 吉田・西浦研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ppl.k.u-tokyo.ac.jp/publication.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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