非中性プラズマ中微小物質の構造形成

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13878084
• 研究種目: 萌芽的研究
• 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: 深尾 浩次 京都工芸繊維大学, 繊維学部, 助教授 (50189908) ; 湯山 哲守 京都大学, 総合人間学部, 助手 (90026815)
• キーワード: 微粒子 / 非中性プラズマ / 構造形成 / 自己組織化

研究概要

例えばDNA等の鎖状高分子の電荷による変形機構など,計算機シミュレーションを通じて従来の高分子やコロイド科学の分野に向けて,プラズマ物理学的取組みが起ろうとしている.プラズマプロセスの分野では化学結合により発生する微粒子が静電場と重力場の中で構造形成を伴った多様な運動をすることが注目されている.このように電子とイオン以外にマクロな物体を導入して高次の構造形成を議論しようとする内圧がプラズマ物理分野に増えつつある.
一方,電子だけで構成される非中性プラズマにおける集団運動と自己組織化過程について,我々は渦現象を軸として研究を始め,近年著しい進展を見た.この活動の中から閉込めの良い電子の海に包まれた磁性微粒子群が形成する構造体とそのダイナミクスについての興味が生れた.
本課題では軸を垂直に向けたミラー磁場中にMalmberg Trapをおいて電子を閉込める配位を作り,磁場勾配の中に直径が1ミクロン以下の荷電した磁性体微粒子を閉込めて、微粒子間の鎖状連結を形成する.電子プラズマの状態制御を介して.鎖間の相互作用に影響を与え,構造の動的変化をレーザー散乱によって3次元的に観測する.直接的には外部から回転電磁場を与えて,例えば鎖の螺旋的変形や収縮・繋ぎ替え・反発などダイナミックな構造変化を検討する.
このような実験計画のスコープのなかで,これまでに以下の段階まで整備を行った.多様な実験が可能なMalmberg Trapを作り、ミラー磁場コイルのなかに設定した.微粒子の空気混入による健康障害の対策として排気ダタト系の整備を行った.また計測のために定量的検討と設計を進めて,緑色のレーザー系とディジタルビデオカメラ系の整備を行った.
例のない課題であり既存の理論は皆無なので,他の学術分野との情報交流により,定性的なモデルを作る努方をしているところである.次年度には実験を行う態勢に入る.

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] K.Ito, 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 Phvsics 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 Elsevir 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(「物理科学この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)