非一様空間における相対論的サイクロトロン共鳴加熱による電子速度分布の変化

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09780426
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 立松 芳典 筑波大学, 物理学系, 講師 (50261756)
• キーワード: サイクロトロン共鳴加熱 / 非一様プラズマ / 速度分布 / タンデムミラー / 相対論

研究概要

本研究の目的は、非一様プラズマ中での波動による電子加熱過程を詳細に調べ、電子速度分布の変化を記述する関数系を見いだすこと、さらに、これを基にして、タンデムミラー装置ガンマ10における、電子加熱に伴う電位形成・粒子輸送・放射等の物理過程を明らかにすることである。
本年度は、加熱の詳細を調べることと、ガンマ10への具体的適用のために必要な手段を開発することを課題とした。具体的な成果は以下の通りである。
[1]サイクロトロン加熱を調べる前に、非一様プラズマ中でのランダウ減衰による電子加速について調べた。波数が空間的に変化し、粒子の進行方向に位相速度が大きくなる場合、波の位相速度に近い速度をもつ粒子は、波のポテンシャルにうまく補足されたまま、その速度が増加できる。また、局所的に共鳴条件を満たす点の近傍で速度変化を起こした後、補足条件から逸脱すると、実効的なエネルギー授受が生じることを実証した。これは、非一様であるがゆえにあらわれる過程である。
[2]相対論的効果を取り入れたサイクロトロン加熱の記述の構築を目的とし、粒子の軌道計算を行った。1回の加熱における相対論的粒子に対するエネルギー増分の最大値は非相対論で計算を行ったときのγ^2倍になる。エネルギー増分が波と粒子速度の初期位相差のきれいな正弦関数で表されることは変わらず、むしろ大きな波の振幅に対してまでこの関係が成り立つ。
[3]熱い非一様プラズマ中での光線追跡のプログラムを作成した。ガンマ10の密度・磁場配位で波の分散式を解き、入射したマイクロ波がプラズマ中でとりうる波数の空間変化を計算した。
次年度は相対論的な記述の更なる研究と、[2][3]の結果を組み合わせることで、ガンマ10におけるサイクロトロン加熱による電子速度分布の変化を計算し、電位形成等の具体的な実験結果との比較・検討を行う。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kiwamoto, H.Abe, Y.Tatematsu et al.: "Thermographic Temperature Determination of Gray Materials with Infrared Canera in Different Environment" Review of Scientific Instruments. 68・6. 2422-2427 (1997)
• [文献書誌] I.katanuma, Y.Kiwamoto Y Tatematsu et al.: "Plug Potential Formation in a Tandem Mirror" Physics of Plasmas. 4・7. 2532-2543 (1997)
• [文献書誌] K.Kajiwara, T.Saito Y.Kiwamoto, Y.Tatematsu et al.: "Current Balance at an Endplate of the GAMMA 10 Tandem Mirror" Journal of the Physical Society of Japan. 66・8. 2342-2349 (1997)
• [文献書誌] Y.Tatematsu, Y.Kiwamoto, T.Saito et al.: "Non-Relativistic Response Fundion for Higher Harmonic Electron Cyclotron Resonance Heating" Physics of Plasmas. 4・8. 2972-2981 (1997)
• [文献書誌] Y.Yoshimura, T.Saito, Y.Kiwamoto, Y.Tatematsu et al.: "Potential Distribution in the End Region of the GAMMA Tandem Mirror Associated with Electron Flow Control" Journal of the Physical Society of Japan. 66・11. 3461-3469 (1997)
• [文献書誌] T.Saito, Y.Tatematsu, Y.Kiwamoto et al.: "Effect of Anisotropy of End Loss Electrons on Arial Potential Profile and Electron Transport in the End Region of a Tandem Mirror" Journal of the Physical Society of Japan. 66・12. 3809-3814 (1997)