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本年度は、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中の磁気音波(高周波モード)の伝播を、理論および3流体モデルに基づくシミュレーションで調べた。無衝突プラズマにおける直角伝播の小振幅パルスの減衰率を理論的に導き、それがシミュレーション結果とよく一致することを確かめた。
非熱的な高エネルギーイオンを含むプラズマ中を磁気音波が伝播する時の、粒子と波の相互作用を調べた。非熱的な高エネルギーイオンの一部は衝撃波によってさらに高いエネルギーに加速されることが、シミュレーションによって見出された。この加速は、水素イオンにも、少数粒子である重イオンについても同じように起こる。簡単な物理的描像に基づいてエネルギーの増分を理論的に導いた。この結果は、多数の磁気音波パルスが存在する時、高エネルギーイオンが次々に更に高いエネルギーに変化することが可能であることを示唆する。
更に、強磁場中の衝撃波について調べた。磁場が強くなるにつれ、アルヴェン速度は光速と同じオーダーとなり、衝撃波の速度は光速に近づく。このような場合の衝撃波における電磁場の強さを伝播速度の関数として理論的に求めた。伝播速度が光速に近づくと、電磁場は急激に強くなり、それとともに、縦成分に対して横成分が卓越してくる。これらの結果は相対論的な粒子シミュレーションの結果とよく一致した。更に、これらの結果を基に、イオン運動を詳細に解析した。
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