| 研究課題/領域番号 |
10680468
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
プラズマ理工学
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
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, 教授 (00229220)
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| 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, 助手 (20241234)
渡辺 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, 助手 (30260053)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| キーワード | 無衝突プラズマ / 磁気リコネクション / 粒子シミュレーション / 異常抵抗 / 粒子運動論効果 / イオンラーモア半径 / ドリフトキンク不安定性 / 非等的イオン加熱 |
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| 研究概要 |
3次元電磁粒子シミュレーター手法を用いて、無衝突プラズマで発生するリコネクション(無衝突磁気リコネクション)の物理機構の研究を行った。主な結果は以下の通りである。
1.無衝突磁気リコネクションを引き起こす物理機構として、2種類の物理過程が存在する。1つは、プラズマを構成する荷電粒子のミクロスケールの性質に依拠した粒子運動論効果であり、他の1つは、電流を担う荷電粒子とプラズマ波との相互作用に起因する異常抵抗の効果である。
2.外部駆動電場が存在しない場合、異常抵抗の発生に関するものとして、2種類のプラズマ不安定性が電流層で発生することが明らかにされた。1つは電流層周辺の圧力勾配の大きな領域に発生する低域混成ドリフト不安定性で、他の1つは、電流層がイオンラーモア半径程度以下の狭い領域に圧縮された時に、磁気中性面近傍で発生するドリフトキンク不安定性である。後者は、平衡電流に沿った方向の直流電場を作り出すことにより磁気リコネクションを誘発する。一方、低域混成ドリフト波は磁気中性面近傍の高ベータ領域では減衰するために異常抵抗の原因とは成り得ない。
3.外部駆動電場が存在する場合、イオンの運動論効果により、外部から与えられて電場が電流層の内部に浸透していく。磁気中性面に到達した時点で磁気リコネクションが駆動される。即ち、駆動電場が存在する場合は、異常抵抗による電場が発生する前に、イオンの運動論効果を通じて、無衝突磁気リコネクションが誘発される。
4.電流層の厚さは、駆動電場による圧縮、ドリフトキンク不安定性の非線形成長や高速リコネクション流による平坦化のために、時間とともに変化している。そのため、電流層で観測されたドリフトキンクモードの成長率が、駆動電場が存在しない場合と比較して、数倍大きくなっている。
5.電流層の圧縮過程で、イオンの磁場に垂直な成分の温度が加熱され、非等方なイオン温度分布が形成されていることも判った。
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