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本年度は、プラズマの中で磁気音波によって加速され、高エネルギーになったイオンにおける分布関数と化学組成について理論的研究を行った。化学組成についての結果を太陽フレアーによって生成される高エネルギー粒子にも適用し、太陽高エネルギー粒子の化学組成も我々のモデルで説明し得ることを示した。以下では、主に化学組成について述べる。
まず、静かなプラズマ中で大振幅磁気音波によって加速されるイオンの化学組成を理論的に調べた。高エネルギー粒子になる割合n_<jref>/n_<jo>(n_<jo>はj番目のイオン種の数密度、n_<jref>はj番目のイオン種の高エネルギー粒子の数密度)に対する式を求め、そのj種イオンの質量、電荷、温度および背景プラズマの密度、磁場強度に対する依在性を求めた。静かなプラズマ中では存在比n_<jref>/n_<jo>は強い質量依存性を示し、質量が大きくなるにしたがって急激に小さくなる。また、プラズマの主成分イオンの質量が重い場合、軽いイオンは特に存在比n_<jref>/n_<jo>が大きくなる。
以上は静かなプラズマの場合の結果であるが、磁気音波乱流の場合には、ランダムな速度がどのイオン種もほぼ等しくなるため、存在比n_<jref>/n_<jo>はあまりイオン種に依らなくなる。すなわち、高エネルギーイオンの化学組成は背景プラズマのそれとほぼ等しくなり得ることが分かった。これは、太陽高エネルギー粒子の化学組成が、平均すれば、太陽コロナのそれとほぼ一致することを理論的に説明するものである。
さらに、多種イオンを含む宇宙プラズマの中で、電流不安定性により、^3Heのサイクロトロン振動数に近い波(イオンサイクロトロン波、イオン音波)を励起することが可能である。このような乱流状態では磁気音波によって、^3Heが選択的に加速され得ることを示した。これは太陽高エネルギー粒子の中に^3Heが異常に多い、^3He過剰フレアーを説明するものである。
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