多次元ソリトンの構造調査と、キャビンとの相互作用に関する実験的研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09680465
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 森 一郎 徳島大学, 工学部, 教授 (90035600)
• 研究分担者: 森本 敏文 詫間電波工業口頭専門学校, 情報通信工学化, 助教授 (30044689)
• キーワード: Soliton / Caviton / Wave / Plasma / Beam

研究概要

実験的成果:(1)高域混成波ソリトンがイオン波(高プラズマ密度の場合はキャビトンとなる。)とカップリングを起こす事が判明した。(a)電子ビーム集電極電流上でイオン波は非線形性により三角波となる。急激なイオン波先端の負電位と同期してソリトンが発生し、ビームは負電位に対して制動輻射を行うものと考えられる。(b)高密度領域では、イオン波は密度の窪み(キャビトン)となって現われ、窪みσnの比が、σn/n〓0.5に達すると、強いビーム・プラズマ放電が起きる事が明らかになった。ミラー時間はソリトン発生に重要である。
(2)ソリトンは間欠的なバーストであり、持続時間は、低プラズマ密度で、300ns〜600ns、高いプラズマ密度で800ns〜1μsの時間幅を持つ。この間のキャリヤの位相の連続を確認した。
(3)低プラズマ密度では、ソリトンの包絡線はHypabolic secantの形に近いが、高プラズマ密度では波高値は低く、時間幅は増大する。これは相互作用(非線形ランダウ減衰)の影響とみられる。このとき、変調不安定性もみられる。
理論的成果:(1)Vlasov-Poisson系から出発し、繰り込み理論、強い乱流理論を経て、ビームによるソリトン放出理論作成に成功した。電子ビームがイオン波に衝突しソリトンを放出する。イオン波の存在しない場合、ソリトンは放出できない。ソリトンとイオン波のカップリングの原因も、これによるとみられる。
(2)非線形Landau-減衰項を非線形Schrodinger方程式に入れたモデルを解析し、高プラズマ密度に於けるソリトンの影響を調べた結果、実験にはほぼ等しい結果を得た。

研究成果

• [文献書誌] I.Mori and T.morimoto: "Anomalous Electronic Stopping and Relaxation in inthe Plasma and Application of Its Theory to Beam-Surface Interaction." to be published on Nuclear Instruments andMethod inPhysics Reseach B. (1999)
• [文献書誌] I.Mori and T.morimoto: "Caseade Collision of Fe-Atom Caused by Low Energy He-Incident andEffect of Temperature to]the Type of Defect." to be published on Nuclear Instruments andMethod inPhysics Reseach B. (1999)
• [文献書誌] I.Mori and T.morimoto: "Structure of Multi-dimensional Soliton and Generation of Cabiton in the Nonlinear Beam-Plasma System" to be published in Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.2. (1999)
• [文献書誌] R.Kawakami and I.Mori: "Nonlinear Wabes Observed in an Electron Beam-Plasma System" Proceeding of the 9th International Toki Conference on Plasma Physics ando Controlled Nuclear Fusion,Gifu. (1998)
• [文献書誌] M.Ogawa and I.Mori: "Nonlincar Dispersion Relation for Beam-Excited Plasma" Proceeding of the 9th International Toki Conference on Plasma Physics and Controllde Nnclear Fusion,Gifu. (1998)
• [文献書誌] K.Hara and I.Mori: "Anomalous Relaxation and Stopping Power for Electron Beam in Beam-Plasma System" Proceeding of the 9th International Toki Conferenace on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion,Gifu. (1998)