| 研究課題/領域番号 |
21K03308
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分12020:数理解析学関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
鈴木 政尋 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30587895)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | シース / Debye長 / Vlasov--Poisson方程式 / Debye 長 / Vlasov--Poisson 方程式 / Bohm 条件 / Euler--Poisson 方程式 / Bohm条件 / Euler--Poisson方程式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラズマは， 核融合， 半導体デバイス用シリコンウェハーの微細加工などに広く利用されている． こうした用途では， プラズマが金属やシリコンなどに接触する周囲に境界層が現れるため， その解析はプラズマ物理学において重要とされている． 本研究では， プラズマ境界層に関する数学理論の構築を目指す． プラズマの運動を記述するモデルとして， Euler-Poisson方程式やVlasov-Poisson方程式が頻繁に用いられる. これらの方程式に対して物理的に妥当な初期値境界値問題を定式化し， それらの解の挙動を解析することにより， 境界層が形成されるために必要な条件， 境界層の厚みを解明する．
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| 研究実績の概要 |
人工的につくられるプラズマは， 核融合， 半導体デバイス用シリコンウェハーの微細加工， 空気清浄・浄水， 殺菌などに広く利用されている. こうした用 途では，プラズマが金属やシリコンなどに接触する周囲に境界層が現れるため， その解析はプラズマ物理学・工学において重要とされている. 本研究では， プ ラズマ境界層に関する数学理論の構築を目指す. プラズマの運動を記述する数理モデルとして， 流体力学的モデルである Euler--Poisson 方程式(EP 方程式) や, 気体分子運動論的モデルである Vlasov--Poisson 方程式(VP 方程式)などが頻繁に用いられる. これらの方程式に対して物理的に妥当な初期値境界値問題を 定式化し， それらの解の挙動を解析することにより， 境界層が形成されるために必要な条件， 境界層の厚みなどを解明する.
プラズマ境界層(シース)が形成される際, その厚みは Debye 長の数倍程度になることが知られている. 昨年度に続き本年度も, VP 方程式によるシースの厚みの解析に注力した. 昨年度, Debye 長が小さい場合に， 1次元半空間において， VP方程式の時間局所解は外部解と内部解の和によって近似できると数値解析を用いて確認した. ここで, 外部解とは， VP 方程式で Debye 長を零とした極限方程式の解である. 内部解とは， 空間スケールを Debye 長に取り直した VP 方程式において， Debye 長を零とした境界層方程式の解であり， 境界層の発展過程を表現する. この内部解の挙動から， シースの厚みが分かる. 本年度は, VP方程式の時間局所解は外部解と内部解の和によって近似できることを厳密に証明することを試み, 部分的な成果を得ることができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では,次の3つを主な研究課題としていた.
【研究1】 EP 方程式によるシースの厚みの解析
【研究2】 VP 方程式によるBohm条件の検証
【研究3】 VP 方程式によるシースの厚みの解析
本年度は， 【研究3】に注力した. Debye 長が小さい場合に， 1次元半空間において， VP方程式の時間局所解は外部解と内部解の和によって近似できることを部分的に証明することができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度は, 【研究3】 VP 方程式によるシースの厚みの解析を注力する. Debye 長が小さい場合に， 1次元半空間において， VP方程式の時間局所解は外部解と内部解の和によって近似できることを完全に証明する. その際, 本年度得られた部分的な成果を足がかりとする. なお， 本研究は, C. Jung 教授 (蔚山科学技術大)， B. Kwon 准教授 (蔚山科学技術大)， 高山正宏助教 (慶應大) との共同で推進する. また， VP方程式の専門家である B. Pausader 教授（Brown大）と討論を行う.
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