| 研究課題/領域番号 |
21H01056
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
比村 治彦 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (30311632)
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| 研究分担者 |
三瓶 明希夫 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (90379066)
廣田 真 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (40432900)
稲垣 滋 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (60300729)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
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| キーワード | ２流体プラズマ / 非中性プラズマ / 画像計測 / 正準フラックスチューブ / 2流体プラズマ / ネストトラップ / 差動回転平衡 / 渦のマージング / 荷電粒子トラップ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラズマを電荷をもたないが電流を流すことのできる電離気体とみなす考え方を1流体プラズマ近似と呼ぶ。この1流体近似はあらっぽいが、プラズマのダイナミクスを概ね予測できる。この近似から得られる帰結の一つが、プラズマの磁束管への凍結である。ところが、プラズマを1流体とみなさない先進プラズマ物理学では、プラズマは磁束管に凍結しているのではなく、正準フラックスチューブと呼ばれる束に凍結すると予測されている。本研究では、イオン流体と電子流体が別々の速度場を有している2流体プラズマの中で各々の流体が正準フラックスチューブに凍結しているのか、この検証実験を独自に開発したプローブと画像データを用いて実施する。
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| 研究実績の概要 |
最終年度は、前年度までに準備完了した計測器を用いてイオンプラズマと電子プラズマの正準フラックスチューブへの凍結可視化検証を実施した。電子プラズマ単独の時、電子プラズマの生成から不安定状態に至るまでのダイナミクスを正確に観測することに成功した。これは学術論文として刊行した。重要なポイントは、可視化画像が単なるダイナミクスの時間変化を捉えているだけでなく、例えば電子フィラメント対がマージングをおこして一つ合体する際にその渦度ベクトルに平行方向への加速を示唆している画像が強度明暗で測定できていることにある。これは天文学での望遠鏡による銀河形成と関連しているような動画になっており、他分野への波及効果を考えることができる。次に、イオンプラズマ単独の時は、イオンプラズマのダイナミクスを可視化できる実験条件が存在することが判明した。これは主として実験装置のバイアス磁束密度を変化させることに起因しており、イオンが強く磁化している時はおそらく形状を保存するように正準角運動量も保存される一方で、イオンが弱く磁化する場合、この形状の保存性が破れてイオンプラズマの引き延ばしや「ちぎれ」が観測される。これが無衝突のタイムスケールで起こっており、２流体方程式のダイナミクスで説明可能なのかどうか検討を続けている。最後に、電子プラズマとイオンプラズマを重畳させたときの凍結の程度については、実験データを見る限り電子プラズマ単独とイオンプラズマ単独の時とダイナミクスの進行時間が伸長しているようにも見える。これについてはデータの詳細な解析が必要である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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