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次世代第一原理粒子シミュレーションによる無衝突衝撃波の粒子加速機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21200050
研究種目

新学術領域研究(研究課題提案型)

配分区分補助金
研究分野 プラズマ科学
素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
研究機関名古屋大学

研究代表者

梅田 隆行  名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教 (40432215)

連携研究者 山崎 了  青山学院大学, 理工学部, 准教授 (40420509)
松清 修一  九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (00380709)
天野 孝伸  名古屋大学, 理学研究科, 特任助教 (00514853)
杉山 徹  海洋開発研究機構, 研究員 (20399570)
齊藤 慎司  情報通信研究機構, 研究員 (60528165)
研究協力者 山尾 雅博  名古屋大学, 工学研究科, 修士課程
木谷 佳隆  名古屋大学, 工学研究科, 修士課程
大平 豊  高エネルギー加速器研究機構, 研究員
研究期間 (年度) 2009 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
27,040千円 (直接経費: 20,800千円、間接経費: 6,240千円)
2011年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2010年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2009年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
キーワード宇宙線 / 宇宙・天体プラズマ / 超高層物理学 / 計算科学 / 次世代スーパーコンピュータ / プラズマ / 計算物理
研究概要

大規模な2次元全粒子シミュレーションにより、垂直衝撃波の非定常性について研究を行い、以下の成果を得た。衝撃波面におけるイオンの反射によってイオンと電子に相対速度が生じ、電子スケールの変形不安定性によって電磁ホイッスラー波動が励起する。このホイッスラー波動はリップルと呼ばれるイオンスケールの衝撃波面の変動と磁気的相互作用し、互いに強め合う。その結果、衝撃波面に入射する上流イオンと波面で反射するイオンが激しく散乱され、周期的かつコヒーレントなイオンの反射を抑制し、衝撃波の再形成が消滅する。以上により、垂直衝撃波の非定常性の1つである再形成の存在の有無が、電子スケールの微視的不安定性にコントロールされていることを明らかにし、電子-イオン-流体間のスケール間結合過程が存在することを示した。

報告書

(4件)
  • 2011 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2012 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件) 学会発表 (33件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Microinstabilities at perpendicular collisionless shocks: A comparison of full particle simulations with different ion to electron mass ratio2012

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, Y. Kidani, S. Matsukiyo, and R. Yamazaki
    • 雑誌名

      Phys. Plasmas

      巻: Vol.19 号: 4 ページ: 42109-42109

    • DOI

      10.1063/1.3703319

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modified two-stream instability at perpendicular collisionless shocks: Full particle simulations2012

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, Y. Kidani, S. Matsukiyo, and R. Yamazaki
    • 雑誌名

      J Geophys. Res.

      巻: Vol.117 号: A3

    • DOI

      10.1029/2011ja017182

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relativistic electron shock drift acceleration in low Mach number galaxy cluster shocks2011

    • 著者名/発表者名
      S. Matsukiyo, Y. Ohira, R. Yamazaki, and T. Umeda
    • 雑誌名

      Astrophys. J.

      巻: Vol.742 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1088/0004-637x/742/1/47

    • NAID

      120003483454

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of reflected electrons by kinetic Alfven turbulence in a quasi-perpendicular shock: Particle-in-cell simulations2011

    • 著者名/発表者名
      S. Saito and T. Umeda
    • 雑誌名

      Astrophys. J.

      巻: Vol.736 号: 1 ページ: 35-35

    • DOI

      10.1088/0004-637x/736/1/35

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-scale coupling at a perpendicular collisionless shock2011

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, M. Yamao, and R. Yamazaki
    • 雑誌名

      Planet. Space Sci.

      巻: Vol.59 ページ: 449-455

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-scale coupling at a perpendicular collisionless shock2011

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda, M.Yamao, R.Yamazaki
    • 雑誌名

      Planetary and Space Science

      巻: 59 ページ: 449-455

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2010 実績報告書 2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the reformation at quasi- and exactly-perpendicular shocks: Full particle-in-cell simulations2010

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, Y. Kidani, M. Yamao, S. Matsukiyo, and R. Yamazaki
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res.

      巻: Vol.115 号: A10

    • DOI

      10.1029/2010ja015458

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electromagnetic plasma emission during beam-plasma interaction: Parametric decay versus induced scattering2010

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res.

      巻: Vol.115 号: A1

    • DOI

      10.1029/2009ja014643

    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the reformation at quasi- and exactly-perpendicular shocks : Full particle-in-cell simulations2010

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda, Y.Kidani, M.Yamao, S.Matsukiyo, R.Yamazaki
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 115

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electromagnetic plasma emission during beam-plasma interaction : Parametric decay versus induced scattering2010

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 115

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 垂直衝撃波の再形成2012

    • 著者名/発表者名
      梅田隆行, 木谷佳隆, 松清修一, 山崎了
    • 学会等名
      日本天文学会2012年春季年会
    • 発表場所
      龍谷大学
    • 年月日
      2012-03-20
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] 垂直衝撃波の再形成2012

    • 著者名/発表者名
      梅田隆行, 木谷佳隆, 松清修一, 山崎了
    • 学会等名
      日本天文学会2012年春季年
    • 発表場所
      龍谷大学
    • 年月日
      2012-03-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] OpenMPを用いたソーティングのスレッド並列化2012

    • 著者名/発表者名
      梅田隆行, 大矢宗平
    • 学会等名
      2012年ハイパフォーマンスコンピューティングと計算科学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2012-01-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] On the reformation at perpendicular shocks2011

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, Y. Kidani, S. Matsukivo
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) 2011 Fall meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-12-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Modified two-stream instability at perpendicular shocks: Full particle simulations2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Kidani, T. Umeda, S. Matsukiyo, T. Ogino
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) 2011 Fall meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-12-06
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Modified two-stream instability at perpendicular shocks : Full particle simulations2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Kidani, T.Umeda, S.Matsukiyo, T.Ogino
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) 2011 Fall meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-12-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Study of the moon-solar wind interaction with parallel kinetic plasma simulations2011

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda, Y.Ito, Y.Kidani, K.Fukazawa
    • 学会等名
      International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis 2011 (SC11)
    • 発表場所
      Seattle, USA
    • 年月日
      2011-11-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Modified two-stream instability at perpendicular shocks: Full particle simulations2011

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 松清修一, 荻野竜樹
    • 学会等名
      第130回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2011-11-04
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Modified two-stream instability at perpendicular shocks : Full particle simulations2011

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 松清修一, 荻野竜樹
    • 学会等名
      第130回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2011-11-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 全粒子コードの高次精度化2011

    • 著者名/発表者名
      梅田隆行
    • 学会等名
      第130回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2011-11-03
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Dynamics of quasi-perpendicular shocks: Recent results issued from 2D PIC simulation2011

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, Y. Kidani, S. Matsukiyo
    • 学会等名
      30th General Assembly of the International Union of Radio Science (URSI)
    • 発表場所
      Istanbul, Turkey
    • 年月日
      2011-08-15
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Dynamics of quasi-perpendicular shocks : Recent results issued from 2D PIC simulation2011

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda, Y.Kidani, S.Matsukiyo
    • 学会等名
      30th General Assembly of the International Union of Radio Science (URSI)
    • 発表場所
      Istanbul, Turkey(招待講演)
    • 年月日
      2011-08-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] On the reformation at perpendicular shocks: full particle-in-cell simulation2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Kidani, T. Umeda, S. Matsukiyo, T. Ogino
    • 学会等名
      10th International School for Space Simulations (ISSS-10)
    • 発表場所
      Banff, Canada
    • 年月日
      2011-07-26
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] On the reformation at perpendicular shocks : full particle-in-cell simulation2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Kidani, T.Umeda, S.Matsukiyo, T.Ogino
    • 学会等名
      10th International School for Space Simulations (ISSS-10)
    • 発表場所
      Banff, Canada
    • 年月日
      2011-07-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 垂直衝撃波の再形成に関する2次元全粒子シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 荻野竜樹, 松清修一
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2011年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2011-05-25
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] 低マッハ数衝撃波による相対論的電子加速2011

    • 著者名/発表者名
      松清修一, 山崎了, 大平豊, 梅田隆行
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2011年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2011-05-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書 2011 研究成果報告書
  • [学会発表] 垂直衝撃波の再形成に関する2次元全粒子シミュレーショ2011

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 荻野竜樹, 松清修一
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2011年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2011-05-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] On the refbnnation at aquasiperpendicular shock: Full particle-in-cell simulation2010

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 荻野竜樹, 松清修一
    • 学会等名
      第128回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      沖縄県市町村自治会館
    • 年月日
      2010-11-01
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] On the reformation at a quasi-perpendicular shock : Full particle-in-cell simulation2010

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 荻野竜樹, 松清修一
    • 学会等名
      第128回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      沖縄県市町村自治会館
    • 年月日
      2010-11-01
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Electromagnetic plasma emission during beam-plasma interaction2010

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda
    • 学会等名
      2010 Asia-Pacific Radio Science Conference
    • 発表場所
      富山市国際会議場
    • 年月日
      2010-09-26
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Electromagnetic plasma emission during beam-plasma interaction2010

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda
    • 学会等名
      2010 Asia-Pacific Radio Scienlce Conference
    • 発表場所
      富山市国際会議場
    • 年月日
      2010-09-26
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Cross-scale coupling at a collisionless shock2010

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, M. Yamao, Y. Kidani, R. Yamazaki
    • 学会等名
      38th COSPAR Scientific Assembly
    • 発表場所
      Bremen, Germany
    • 年月日
      2010-07-18
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
  • [学会発表] 粒子シミュレーション研究の最近の動向2010

    • 著者名/発表者名
      梅田隆行, 松清修一, 山崎了, 松本洋介
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2010年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2010-05-26
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
  • [学会発表] 衝撃波静止系による準垂直衝撃波の2次元粒子シミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      木谷佳隆, 梅田隆行, 山尾政博, 山崎了
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2010年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2010-05-25
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
  • [学会発表] 高ベータ準垂直衝撃波における電子加速2010

    • 著者名/発表者名
      松清修一, 梅田隆行, 山崎了, 大平豊
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2010年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2010-05-23
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
  • [学会発表] 垂直衝撃波におけるスケール間結合2010

    • 著者名/発表者名
      梅田隆行, 山尾政博, 木谷佳隆, 山崎了
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2010年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2010-05-23
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2010 実績報告書
  • [学会発表] Cross-scale coupling at a collisionless shock2009

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, M. Yamao, R. Yamazaki
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) 2009 Fall meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2009-12-16
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] Two-dimensional particle simulation of a perpendicular shock with a shock rest frame model2009

    • 著者名/発表者名
      M. Yamao, T. Umeda, R. Yamazaki, T. Ogino
    • 学会等名
      American Geophysical Union (AGU) 2009 Fall meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2009-12-16
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] 電子ビーム不安定性により励起されたラングミュア乱流の非線形性について2009

    • 著者名/発表者名
      成行泰裕, 梅田隆行
    • 学会等名
      第126回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2009-09-30
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 低マッハ数無衝突垂直衝撃波における微視的不安定性2009

    • 著者名/発表者名
      山尾政博, 梅田隆行, 山崎了, 荻野竜樹
    • 学会等名
      第126地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2009-09-28
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] 低マッハ数無衝突垂直衝撃波における微視的不安定性2009

    • 著者名/発表者名
      山尾政博, 梅田隆行, 山崎了, 荻野竜樹
    • 学会等名
      第126回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2009-09-28
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Cross-scale coupling at a collisionless shock2009

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda, M. Yamao, R. Yamazaki
    • 学会等名
      International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) 11th Scientific Assembly
    • 発表場所
      Sopron, Hungary
    • 年月日
      2009-08-25
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [学会発表] Cross-scale coupling at a collisionless shock2009

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda, M.Yamao, R.Yamazaki
    • 学会等名
      International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) 11th Scientific Assembly
    • 発表場所
      Sopron, Hundary
    • 年月日
      2009-08-25
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] Electromagnetic waves in plasma (In: Wave Propagation, Edited by A. Petrin)2011

    • 著者名/発表者名
      T. Umeda
    • 出版者
      InTech
    • 関連する報告書
      2011 研究成果報告書
  • [図書] Electromagnetic waves in plasma (In : Wave Propagation)2011

    • 著者名/発表者名
      T.Umeda (Ed.A.Petrin)
    • 出版者
      InTech
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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