| 研究概要 |
1.プラズマを構成する電子は,本来,量子力学・量子統計に従う。十分に高温・低密度の場合のように電子の量子論的性質が顕著には現れない領域もあるが,例えば,慣性核融合において燃料標的を爆縮する過程で生ずる相互作用の強い状態などでは,電子を量子論的に取り扱うことが重要である。
2.プラズマには結晶固体のような秩序がないから,量子論に基づく理論的な取り扱いは困難であり,計算機シミュレーションが重要な研究手段となるが,一般に量子論的シミュレーションは取り扱える系の大きさに限界がある。また,プラズマでは,電荷の間の相互作用が長距離におよぶことに起因する大規模化の困難が同時に存在する。この研究ではこれらの困難を解決することを目的とした。
3.プラズマの量子シミュレーションの大規模化は,電子密度そのものを変数として扱う密度汎関数分子動力学法を用いることによって可能であることを示した。密度汎関数分子動力学法は第一原理に基づく量子シミュレーションに比べ,粗い近似であるが,可能な範囲で,第一原理シミュレーションの結果と比較し,その精度を確認した。具体的な対象として,液体金属領域にある水素プラズマをとりあげ,1000個程度の電子を含む系に対しては,シミュレーションは容易であり,多数のCPUによる並列計算を用いれば,この10-100倍の系に対して実用的なシミュレーションが可能であることを確かめた。
4.電荷間相互作用の長距離性による大規模化の困難は,高速多重極展開法により解決できることを,計算コードを開発して具体的に適用することによって示した。この結果,クーロンクラスターの構造相転移に対して,新たな知見を加えた。また,電子を最も粗い近似で取り扱う場合にあたる湯川系についてもダストプラズマへの応用を考慮してシミュレーションコードを適用した。
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