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宇宙のプラズマでも核融合プラズマでも、我々の興味の対象となるプラズマは殆どの場合、多種類のイオンを含んでいる。本研究では、プラズマに多種類のイオンが存在することの効果に注目して、非線形波動と粒子加速の研究を行なった。
磁気音波による水素および重イオンの加速を相対論的な電磁粒子シミュレーションで研究し、水素と重イオンがともに加速されること、しかもそれらの加速機構は全く異なることを見いだした。全ての種類の重イオンが加速され、しかもそれらの最高速度はほぼ同じである。このことは太陽高エネルギー粒子の平均の化学組成が背景プラズマであるコロナの組成と良く似ていることを説明するものであることを指摘した。
多種イオンプラズマでは波の新しい減衰機構が存在することを発見した。すなわち、多種イオンプラズマでは、磁場に対して直角に伝播し、しかも小振幅であっても、磁気音波は減衰することを理論、および3流体モデルに基づく計算機シミュレーションによって見いだした。シミュレーションで得られた減衰率は理論的予測と良く一致した。
多種イオンに限らず1種イオンでも、光速に近い速さで伝播する非線形磁気音波の研究は殆どなされていない(磁場が強く、電子サイクロトロン周波数が電子プラズマ周波数よりもずっと大きい時、このようなことが起こる)。このような波の電磁場の強度を伝播速度の関数として、理論的に求めた。それは相対論的粒子コードを用いた計算機シミュレーションの結果と良く一致した。(論文投稿中)
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