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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、不安定性、非線形波動、および粒子加速の研究を理論とシミュレーションを用いて行なった。
2種類のイオンを含むプラズマでは磁気音波は2つのモードに分裂する。高い周波数のモードは有限のカットオフ周波数を持つが、低周波モード、高周波モード、それぞれにKdV方程式を導いた。さらに、3流体モデルに基づくシミュレーションで、こらの波の振る舞いを研究した。
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。
上述の重イオン加速は小振幅パルスでも起こるので、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見いだした。減衰率の理論値は3流体モデルに基づく計算機シミュレーションの結果と良く一致した。
宇宙プラズマの組成では、電流不安定性により^3He過剰現象と、それに伴う重イオン増大が可能であることを理論的に示した。
伝播速度が光速に近い大幅磁気音波における、電磁場の強度を伝播速度の関数として求めた。
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