| 研究課題/領域番号 |
22K03566
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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 | 東京科学大学 |
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研究代表者 |
赤塚 洋 東京科学大学, 総合研究院, 准教授 (50231808)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 非平衡プラズマ / エントロピーと温度 / 統計物理学 / 電子エネルギー分布関数 / 励起温度 / ツァリスエントロピー / エントロピーと温度の定義 / 励起状態密度分布 / 電子温度 / エントロピー理論 / ボルツマン方程式 / 非平衡統計力学 / 衝突輻射モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
非平衡プラズマ中では電子エネルギー分布関数(EEDF)も、励起状態密度分布も一般にBoltzmann 分布に従わないが、それらの理論計算は可能で、実験との良好な一致も確認されている。これらの計算結果を用いれば、各種一般化エントロピー（レニー・ツァリスなど）を求めることが可能となり、熱力学の基本に立ち返ることにより非平衡プラズマの温度の再検討を行うことが可能となる。連続系としてBoltzmann 解析によるEEDF から電子温度を、また離散系として衝突輻射(CR)モデルによる励起状態分布から励起温度をそれぞれ検討し、非平衡プラズマの「温度」を適切に理解するための新たな物理学を構築する。
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| 研究成果の概要 |
水素プラズマ中の励起状態密度分布、さらには低温弱電離プラズマの電子エネルギー分布に着目して、その非加法的エントロピーから新たに定義される各種の温度について計算し、巨視的な意味で理解される「各種温度」と、エントロピーを用いて偏微分計算から導出される「統計力学的温度」の関係を検討した。Tsallis エントロピーから計算される温度Tq－Tsallis は厳密に確率密度分布から計算される Tq－β と同一であった。さらに、既知の事実である Tq－Tsallis = Tq－βのみならず、q-平均温度 T<Uq>がこれらTq－Tsallis および Tq－βと同一となることが確認された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
非平衡プラズマ中においては、電子エネルギー分布関数や、励起状態数密度分布は、一般に Boltzmann 分布には従わない。そのような非平衡状態に対しても、統計力学的には、エントロピーSと内部エネルギーU を用い、 1/T = ∂S/∂U として温度Tを定義できる可能性がある。この計算においてはエントロピー最大化の原理が適用されるべきであり、非平衡の場合にはGibbsエントロピーではなく、Tsallisあるいは Renyiのエントロピーなどの非加法的エントロピーが候補となるが、その予想が正しいことが証明された。
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