大規模粒子シミュレーションによる無衝突衝撃波の物理と粒子加速および磁場生成の研究

• 研究課題/領域番号: 22740164
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 広島大学 (2011); 大阪大学 (2010)
• 研究代表者: 加藤 恒彦 広島大学, 大学院・理学研究科, 特任助教 (90413955)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2010年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: プラズマ / 衝撃波 / 粒子加速 / 不安定性 / 磁場生成 / 宇宙物理学 / レーザー実験 / 宇宙物理 / 宇宙空間 / プラズマ・核融合 / 理論天文学 / 宇宙線 / 数値シミュレーション

研究概要

宇宙の超新星残骸などで発生する、弱い背景磁場を持つ電子・陽子プラズマ中の高マッハ数の無衝突衝撃波について、大規模なプラズマ粒子シミュレーションを用いて研究した。その結果、弱い背景磁場がある場合でも衝撃波の遷移層でワイベル不安定性が成長し、遷移層とその下流領域で乱れた磁場を作ることや、背景磁場の向きが衝撃波法線に近い衝撃波では、フェルミ加速と同様の粒子加速が起こり、冪分布の高エネルギー粒子が効率的に生成されることなどがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Collisionless shockwaves formedby counter-streaming laser-producedplasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: X Liu, Y T Li, Y Zhang, J Y Zhong, W DZheng, Q L Dong, M Chen, G Zhao, YSakawa, T Morita, Y Kuramitsu, T N Kato, L M Chen, X Lu, J L Ma, W M Wang, Z MSheng, H Takabe, Y-J Rhee, Y K Ding, S EJiang, S Y Liu, J Q Zhu and JZhang
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 13 号: 9 ページ: 8-8
  • DOI: 10.1088/1367-2630/13/9/093001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisionless shockgeneration in high-speedcounter-streaming plasma flows by ahigh-power laser (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Sakawa, Y. Kuramitsu, S. Dono, H. Aoki, H. Tanji, T. N. Kato, Y. T. Li, Y. Zhang, X. Liu, J. Y. Zhong, H. Takabe, and J. Zhang
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 17 号: 12 ページ: 15-15
  • DOI: 10.1063/1.3524269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonrelativistic collisionless shocks inweakly magnetized electron-ion plasmas : two-dimensional particle-in-cell simulationof perpendicular shock (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato, Hideaki Takabe
  • 雑誌名: The AstrophysicalJournal 巻: 721 号: 1 ページ: 828-842
  • DOI: 10.1088/0004-637x/721/1/828
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonrelativistic collisionless shocks in weakly magnetized electron-ion plasmas : two-dimensional particle-in-cell simulation of perpendicular shock (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N.Kato, Hideaki Takabe
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 721 ページ: 828-842
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collisionless shock generation in high-speed counter-streaming plasma flows by a high-power laser (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Morita, et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 17
  • 査読あり
• [学会発表] 超高強度レーザーによる真空崩壊と電子対プラズマ生成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 日本天文学会2012年春期年会
  • 発表場所: 龍谷大学深草キャンパス(京都府京都市)
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] 超高強度レーザーによる真空崩壊と電子対プラズマ生成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 日本天文学会2012年春期年会
  • 発表場所: 京都市(基調講演)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] 宇宙の無衝突衝撃波とPICシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: STEシミュレーション研究会
  • 発表場所: 広島大学東千田キャンパス(広島県広島市)
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] 宇宙の無衝突衝撃波とPICシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: STEシミュレーション研究会
  • 発表場所: 広島市(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] 無衝突衝撃波でのイオン加速 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2011-12-17
• [学会発表] 背景磁場に対して斜めに伝搬する高マッハ数の無衝突衝撃波 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 日本天文学会2011年秋期年会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 背景磁場に対して斜めに伝搬する高マッハ数の無衝突衝撃波 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 日本天文学会2011年秋期年会
  • 発表場所: 鹿児島市
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 宇宙の衝撃波と粒子加速 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 瀬戸内サマーインスティテュート
  • 発表場所: 岡山県青少年教育センター閑谷学校(岡山県備前市)
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 高マッハ数の無衝突衝撃波のPICシミュレーション:衝撃波遷移層で起きる不安定性について (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 「若手・中堅研究者が見据える次世代の宇宙物理」研究会
  • 発表場所: チサンリゾート石垣(沖縄県石垣市)
  • 年月日: 2011-02-25
• [学会発表] 高マッハ数の無衝突衝撃波のPICシミュレーション:衝撃波遷移層で起きる不安定性について (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 「若手・中堅研究者が見据える次世代の宇宙物理」研究会
  • 発表場所: チサンリゾート石垣(沖縄県石垣市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-02-25
• [学会発表] 高マッハ数の無衝突衝撃波のPICシミュレーション:衝撃波遷移層で起きる不安定性について (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 山形大学理学部物理学科宇宙物理学研究グループ談話会
  • 発表場所: 山形大学理学部(山形県山形市)
  • 年月日: 2011-02-04
• [学会発表] 高マッハ数の無衝突衝撃波のPICシミュレーション:衝撃波遷移層で起きる不安定性について (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 山形大学理学部物理学科宇宙物理学研究グループ談話会
  • 発表場所: 山形大学理学部(山形県山形市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-02-04
• [学会発表] 無衝突衝撃波のシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2010および第1回戦略プログラム5分野合同ワークショップ
  • 発表場所: ニチイ学館神戸ポートアイランドセンター(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2011-01-17
• [学会発表] 斜め衝撃波でのイオン加速 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 第24回理論懇シンポジウム「理論天文学・宇宙物理学の革新」
  • 発表場所: 国立天文台三鷹キャンパス(東京都三鷹市)
• [学会発表] 高マッハ数の無衝突衝撃波での加熱過程について:衝撃波遷移層で起きる不安定性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 第23回理論懇シンポジウム「林忠四郎先生と天文学・宇宙物理学」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所湯川記念館・パナソニックホール(京都府京都市)
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] 高マッハ数の無衝突衝撃波のPICシミュレーション:衝撃波遷移層で起きる不安定性について (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2010-10-14
• [学会発表] 弱い背景磁場中の無衝突衝撃波のダイナミクス (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 日本天文学会2010年秋季年会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
  • 年月日: 2010-09-23