| 研究課題/領域番号 |
21K03500
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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14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
佐野 孝好 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (80362606)
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| 研究分担者 |
千徳 靖彦 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (10322653)
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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 |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ホイッスラー波 / レーザープラズマ / 磁気圏プラズマ / プラズマ粒子加速 / レーザープラズマ相互作用 / プラズマ加熱 / 波動粒子相互作用 / 慣性核融合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
レーザーなどの電磁波を用いて高密度プラズマ中のイオンを高温に加熱することは、核融合研究などの実験室プラズマにおいて非常に重要かつ困難な課題である。本研究では、臨界密度のないホイッスラー波の伝播特性を利用し、新奇なイオン加熱機構を提唱する。この機構では、定在ホイッスラー波が崩壊することで、レーザーの振動周期程度の極短時間のうちに電磁波からイオンにエネルギーが直接変換される。本研究では、この革新的なイオン加熱機構の実現性を理論的に精査すると同時に、新しい核融合方式の可能性を模索する。このプラズマ加熱機構は幅広い分野の応用研究に展開できると期待している。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、臨界密度のないホイッスラー波の伝播特性を利用し、新奇なプラズマ加熱機構を提唱している。本年度は、定在ホイッスラー波を媒介した新しい電子加熱に関するプラズマ粒子シミュレーションの実施と、解析的な理論モデルの構築を行った。この現象は、レーザープラズマ実験だけでなく中性子星磁気圏プラズマでも起こりうる共通した物理現象であることがわかっている。特に天体応用に関しては、高速電波バーストと呼ばれる現象への応用が期待されるため、マグネターと呼ばれる強磁場中性子星における物理パラメータでの数値シミュレーションを重点的に行った。その結果、もし中性子星表面で大振幅の電磁波（ホイッスラー波もしくはアルフベン波）が励起された場合、その電磁波が磁気圏を通過できるためのおおよその条件を導き出すことに成功した。電磁波が通過できない場合は、電磁波のエネルギーは電子に吸収される。相対論的速度にまで加速された電子は、すぐさまガンマ線やX線を放出し、輻射のエネルギーに変換される。さらに、その輻射場の中で光子の衝突によって電子・陽電子の対生成が起こりうるため、最終的にはペアプラズマのエネルギーに変換されることが示唆される結果となっている。ただし、現状では磁力線に沿った方向に伝播する電磁波の場合のみを考慮しているため、磁力線に対して角度を持って伝播する場合や、多次元の効果を考慮した場合など、より現実的な状況での極限プラズマ中での大振幅電磁波の伝播特性やエネルギー変換過程に興味を持って研究を展開している。
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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
ホイッスラー波によるプラズマ加熱の物理機構として、当初着目していたイオン加熱だけでなく電子加熱に関しても、非常に特徴的な加熱機構の発見に至っている。さらに、実験室プラズマだけでなく、天体プラズマへの応用展開も期待でき、今後大きく研究が広がる可能性があると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
中性子星磁気圏の物理パラメータでシミュレーションを行う場合、実験室のパラメータと比べてより規模が大きい計算を実施しないといけない。さらに、多次元効果も含めるとなると、計算コードの最適化も行う必要がある。今後は、シミュレーションの実施・解析だけでなく、計算コードのチューニングも行っていきたい。また、将来的にレーザー実験で原理実証が可能かどうかも検討していきたい。
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