自己組織化パラダイムの体系化に向けての基礎研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07832024
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 佐藤 哲也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 文部教官教授 (80025395)
• 研究分担者: 高丸 尚教 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 文部教官助手 (20241234) ; 渡邉 智彦 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 文部教官助手 (30260053) ; 堀内 利得 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 文部教官助教授 (00229220) ; 渡邉 國彦 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 文部教官助教授 (40220876) ; 林 隆也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 文部教官教授 (60156445)
• キーワード: 自己組織化 / コンピュータ・シミュレーション / 間欠性自己組織化 / エネルギー極大と極小 / 過飽和 / 構造変換 / 局所開放系

研究概要

プラズマ中の磁力線を連続的にねじ上げていくコンピュータシミュレーションにより、磁力線のねじれエネルギーとして蓄えられた張力エネルギーが間欠的に解放され、同時に磁力線トポロジーも間欠的に新しい秩序構造へと遷移することを見いだしていた。この連続的なエネルギー供給に対して間欠的応答を示すことが特殊な応答であるのか一般的な応答であるのかを検討するために、種々の条件下でシミュレーションを行った。その結果、次のような知見を得た。
1."局所開放系に外界より連続的にエネルギーが供給される場合、間欠的なエネルギー開放が繰り返され、それに伴って間欠的に新しい秩序構造が形成される"という我々の作業仮説の確かさが高められた。-間欠的自己組織化
2.この間欠的応答は系の非線形性に起因する。即ち、系は外部からのエネルギーの供給によって余剰エネルギーを他のエネルギーに開放すべく不安定となる。ところが、不安定成長率とエネルギー供給率が一致しないために、余剰エネルギーが系に蓄積される。不安定性の非線形発展はこの余剰エネルギーを開放すべく急激な構造変換をもたらす。言い換えると、局所非線形系は外界からの連続的エネルギー供給によって一時的に過飽和状態(エネルギー極大)を実現し、新しいエネルギー極小状態に構造変換する。
3.間欠性の周期は一定ではなく非周期的で、エネルギーバースト(構造変換)の大きさも変動する。

研究成果

• [文献書誌] H.Amo: "Intermittent Energy Bursts and Recurrent Topological Change of a Twisting Magnetic Flux Tube." Physical Review E. 51. 3838-3841 (1995)
• [文献書誌] 佐藤哲也: "プラズマからみた複雑性の科学" 日本物理学会誌. 50. 340-347 (1995)
• [文献書誌] Shao-ping Zhu: "Non-Taylor Magnetohydrodynamic Self-Organization" physical Review E. 51. 6047-6054 (1995)
• [文献書誌] T.Sato: "Kinetic Self-Organization:Creation of Super Ion Acoustic Double Layer21GC04:Physics of Plasmas" 2. 3609-3613 (1995)
• [文献書誌] 佐藤哲也: "複雑性の科学" プラズマ核融合学会誌. 71. 821-846 (1995)
• [文献書誌] T.Sato: "Complexity in plasma:From self-organization to geodynamo" Physics of Plasmas. (印刷中). (1996)