強磁場下非中性プラズマを用いた多粒子系の緩和過程に関する制御実験

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13308021
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 際本 泰士 京都大学, 総合人間学部, 教授 (50018040)
• 研究分担者: 阿部 純義 筑波大学, 物理学科, 助教授 (70184215) ; 早川 尚男 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教授 (90222223) ; 田中 仁 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (90183863) ; 道下 敏則 京都大学, 総合人間学部, 助手 (00166050) ; 湯山 哲守 京都大学, 総合人間学部, 助手 (90026815)
• キーワード: 純電子プラズマ / 非中性プラズマ / 渦運動 / 自己組織化 / 長距離相関多体系の緩和

研究概要

一様磁場と電位障壁で捕捉された純電子プラズマが磁場方向に一様に分布して案内中心近似が成り立つならば,磁場と自己電場に直交して流れる電子の運動は巨視的には二次元の理想流体と等価であり,渦度が電子密度に流れ関数が等電位面に対応する.このような磁化プラズマを作り,渦相互作用による緩和過程を二次元画像としてとらえ,電磁気学を適用して定量的に解析を進めることが本年度の第1の課題である.この展開と併行して最大2.2Tの強磁場の中での実験に向けての整備が第2の課題である.
第1の課題については次のような成果が得られた.
(1)最大19本の渦糸とその間を溝たす背景渦度分布を高い再現性で初期条件として設定し,その緩和過程を細密に追跡し解析した結果,さまざまな結晶構造の形成と転移が確認された.
(2)背景渦度分布と渦糸の位置との関係や分布の形状に依存して,緩和の経路が違ったものとなる分岐現象が観測された.
(3)渦間相互作用の発展段階で背景渦度の分布にさまざまな形とサイズの空乏域(渦孔)が形成される.それによる遮蔽効果で渦糸間の相互作用が大きく変更され,不揃いな強度の渦糸の配列が対称性を獲得することを実験的に示し,その渦孔の形成時間のパラメタ依存性について経験的な比例則を提案した.
第2の課題については強磁場コィルの設計製作を完了し,実験配位に設定した.プラズマ閉込めの真空容器と電極構造の設計は完了し,現在は部品の製作に入っている.全体的に計画は前倒しで進めており,平成14年度夏には初期実験を開始できる態勢に入る.

研究成果

• [文献書誌] 際本泰士: "非中性プラズマ中の渦運動"日本物理学会誌. 56・4. 253-261 (2001)
• [文献書誌] 際本泰士: "非中性プラズマの渦"プラズマ・核融合学会誌. 77・4. 338-347 (2001)
• [文献書誌] Kite, Y.Kiwamoto, A.Sanpei: "Field Analysis of Two Dimensional Dynamics of Non-neutral Plasma by Imaging Diagnostics and Examination by Sector Probing"Jpn. J. Applied Physics. Vol.40 No.4A. 2558-2565 (2001)
• [文献書誌] A.Sanpei, Y.Kiwamoto, K.Ito: "Generation of Vorticity Holes Surrounding a Point Vortex in a Nonneutral Plasma"J. Phys. Soc. Jpn., (Lett.). Vol.70, No.10. 2813-2816 (2001)
• [文献書誌] Y.Kiwamoto, K.Ito, A.Sanpei, Y.Soga: "Strong Effects of Background Vorticity Distribution on the Dynamics of Coherent Vortices in Electron Plasma"Invited Talk at International Topical Conference on Plasma Physicsheld at Univ. Algarve, Faro, Portugal on 3-7 September, 2001;to be published in Physica Scripta. 10 (2002)
• [文献書誌] Y.Kiwamoto, K.Ito, A.Sanpei, Y.Soga, T.Yuyama, T.Michishita: "Interaction of Electron Vortices under Strong Influence of Background Vorticity Distribution"Invited Talk, at 2001 Workshop on Non-Neutral Plasmas held at UCSD, July 30-Aug 2, 2001. published in Non-Neutral Plasma Physics IV (AIP Press). 464-473 (2002)
• [文献書誌] A.Sanpei, K.Ito, Y.Soga, Y.Kiwamoto: "Characteristics and Generation Mechanism of Holes in an Extended Vortex"Presented at 2001 Workshop on Non-Neutral Plasmas held at UCSD, July 30-Aug 2, 2001. published in Non-Neutral Plasma Physics IV (AIP Press). 480-485 (2002)
• [文献書誌] Y.Kiwamoto, K.Ito, A.Sanpei, Y.Soga: "Bifurcation in the Evolution of Vortex Structure in a Magnetized Pure Electron Plasma"Invited Talk at the International Workshop on Bifurcation Phenomena in Plasmas, held at Fukuoka on Dec. 2-5, 2001;to be published in a monograph from Elsevier Science. 13 (2002)
• [文献書誌] 際本泰士: "非中性プラズマで明らかにされる渦のダイナミクス"パリティ(「物理化学この1年」特集号にニュースとして選出された). Vol.17, No.1. 12-14 (2002)