エネルギー開放系における構造形成のダイナミックスと自己組織化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640414
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 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)
• 研究分担者: 大谷 寛明 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 (90332189) ; 石黒 静児 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (10193301)
• キーワード: エネルギー開放系 / 構想形成 / 無衝突磁気リコネクション / 磁場反転配位 / 電磁粒子シミュレーション / 自己組織化 / キンク不安定性 / 傾斜モードの安定化

研究概要

昨年に引き続き、1)エネルギー開放系における無衝突駆動磁気リコネクション、および、2)磁場反転配位(FRC)におけるProfile consistencyと呼ばれる自己組織化現象、を具体的問題として取り上げ、電磁粒子シミュレーション手法により、複雑プラズマにおける構造形成のダイナミックスと自己組織化の物理過程の解析を行った。
1)無衝突磁気リコネクションは、リコネクションの直接の原因である電流層の電気抵抗を生み出すミクロな物理過程とそれを取り囲むグローバル系でのマクロ物理過程の両者によって支配されており、その結果として構造形成のダイナミックスが決まっている。また、無衝突磁気リコネクションの発生・発達過程は系が2次元であるか3次元であるかによって大いに変化を受けることが予想されている。本年は、これまでに開発してきた2次元開放系での粒子シミュレーションモデルを3次元開放系へ拡張し、上記課題を取り扱うことのできる粒子シミュレーションコードを開発した。初期的な結果として、磁気リコネクションの際に電流層に形成された磁気島が、下流領域に流れていくに従いその内部に電流を蓄積することによりキンク不安定となり、崩壊していく過程を新たに見出した。
2)FRCの運動論的平衡配位形成過程におけるイオン流速の影響を、2次元粒子シミュレーションにより調べた。その結果、高速のイオントロイダル流速が存在する場合、凹型形状となる電流配位が自発形成されることが明らかとなった。次に、得られた運動論的平衡配位の傾斜モード安定性を3次元粒子シミュレーションにより調べた。様々なパラメータランにより、電子電流分布が凹型か凸型かによって、傾斜モードの安定性が大きく変化する。即ち、電子電流分布が凹型の場合、急激に傾斜モードが安定化されるという興味深い結果を見出した。

研究成果

• [文献書誌] H.Ohtani, R.Horiuchi, T.Sato: "Self-generation of Hollow Current Profile and Tilt Instability in a Field-Reversed Configuration"Physics of Plasmas. Vol.10. 145-156 (2003)
• [文献書誌] H.Ohtani, R.Horiuchi, T.Sato: "Profile Relaxation and Tilt Instability in Field-Reversed Configurations"Proceeding of 19th IAEA Fusion Energy Conference. (掲載予定). (2003)
• [文献書誌] R.Horiuchi, H.Ohtani: "Particle Simulation Studies of Kinetic Stabilization and Self-Relaxation in FRC Plasmas"Summary Report of IAEA Coordinated Research Project. (掲載予定).
• [文献書誌] R.Horiuchl.W.Pei, T.Sato: "Driven Reconnection Controlled By Particle Dynamics In A Collisionless Open System"Proceedings of ICPP-2002. (掲載予定).
• [文献書誌] H.Ohtani, R.Horiuchi, T.Sato: "Self-generation of Hollow Current Profile and Tilt Instability in a Field-Reversed Configuration"Proceedings of US-Japan workshop on New Direction in Controlling and Sustaining Compact Toroids. 72-77 (2002)
• [文献書誌] T.Kaneko, R.Hatakeyama, N.Sato, S.Ishiguro: "Plasma confining Potential self-consistently formed by local electron cyclotron resonance in a well-shaped magnetic field,, 2002"Physics of Plasmas. Vol.9(in press). 1271-1276 (2002)
• [文献書誌] W.Oohara, S.Ishiguro, R.Hatakeyama, N.Sato: "Dynamic Evolution of Plasma Structure Due to Local Product ion of Massive Negative Ions"J.Phys.Soc.Jpn.. Vol.71. 373-376 (2002)
• [文献書誌] T.Ishimori, T.Kaneko, S.Ishiguro, R Hatakeyama, N.Sato: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magnetic-Field Lines"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.IV. 345-348 (2002)
• [文献書誌] H.Ohtani, R.Horiuchi, T.Sato, H.Kawabuchi: "Particle Simulation Study on Profile Relaxation in Field-Reversed Configurations"Journal of Plasma and Fusion Research. Vol.5(掲載予定). (2003)
• [文献書誌] 博田竜史, 長谷川建治, 管信一, 平本嘉助, 大野暢亮, 田村祐一, 陰山聡, 堀内利得, 佐藤哲也: "人体CT画像を利用した3次元可視化"形態科学. 6巻2号. 67-74 (2003)
• [文献書誌] Lj.Nikolic, M.M.Skoric, S.Ishiguro, T.Sato: "Stimulated electron-acoustic-wave scattering in a laser plasma"Physical Review E. Vol.66, No.3-2B. 036404-1-036404-4 (2002)
• [文献書誌] Lj.Nikolic, M.M.Skoric, S.Ishiguro, T.Sato: "On stimulated scattering of laser light in inertial fusion energy targets"Fusion Science and Technology. Vol.43(掲載予定). (2003)
• [文献書誌] Lj-Nikolic, S.Ishiguro, H.Takamaru, M.Skoric, T.Sato: "Inertial Fusion Science and Application 200l (edited by K.A.Tanaka, D.D.Meyerhofer, J.Meyer-ter-Vern)"Self-Organization in a High Intenstiy Laser Plasma Interaction. 335-338 (2002)