| 研究課題/領域番号 |
15K05367
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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 |
樋田 美栄子 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00273219)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 磁気音波 / 孤立波 / 衝撃波 / 粒子加速 / 不安定性 / 平行電場 |
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| 研究実績の概要 |
非線形磁気音波による粒子加速を、理論解析と多次元相対論的電磁粒子シミュレーションを用いて研究している。特に、外部磁場が比較的強い場合に起こる、衝撃波による急激な粒子加速に注目している。これまでの研究で、磁場に対して斜めに伝播する衝撃波では、磁場に平行方向の電場が、電子の捕捉や陽電子の加速を引き起こすことが示されている。また、斜め衝撃波は一部の電子を捕捉し、それらを超相対論的エネルギーに加速するが、捕捉電子が引き起こす不安定性が、衝撃波中の電磁場構造と電子とイオンの運動に重要な影響を及ぼすことが明らかになっている。
平成28年度は、まず、非線形磁気音波中の磁場に平行方向の電場についての理論解析を行った。従来の理論は1種のイオンと電子からなる２成分のプラズマを仮定して構築されていたが、実際の宇宙のプラズマは多種のイオンを含む。また、パルサーの周辺では、陽電子が存在すると考えられている。そこで、平行電場の理論を、３成分のプラズマ（2種イオンと電子からなるプラズマと電子－イオン-陽電子のプラズマ）の場合に拡張し、平行電場がプラズマの組成（密度比や質量比）や波の振幅にどのように依存するかを表す式を得た。その結果、2種イオンプラズマ中の磁気音波には、高周波と低周波の２つのモードが存在するが、高周波モードの平行電場は、低周波モードの平行電場よりもはるかに大きいことなどを明らかにした。この成果をまとめた論文1編（査読あり）を、学術雑誌に発表した。
さらに、斜め衝撃波による陽電子加速についての、シミュレーション研究を開始した。
捕捉電子が引き起こす不安定性が、陽電子の運動に及ぼす効果について、新たな知見が得られた。平成29年度に、詳細な解析を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成28年度は、まずは、3成分プラズマ中の非線形磁気音波中の平行電場に関する理論を完成させることを目標とした。2種イオンと電子からなるプラズマと、電子-イオン-陽電子のプラズマを対象として理論を構築し、非線形磁気音波中の平行電場がプラズマの組成や波の振幅にどのように依存するのかを明らかし、その成果を学術雑誌に発表した。
また、陽電子を含むプラズマ中の衝撃波による粒子加速に関するシミュレーション研究を開始した。捕捉電子による不安定性が、平行電場や陽電子の運動に及ぼす影響を明らかにすることを目指しているが、これについて、次年度以降の研究の発展が期待できる新たな知見が得られた。
以上により、平成28年度の研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は、陽電子加速に関する研究を遂行する。電子ーイオンー陽電子からなる3成分プラズマ中の磁気音波衝撃波の伝播とそれに伴う粒子加速について、相対論的電磁粒子シミュレーションを行う。これまでの研究により、磁場に平行方向の電場が陽電子の加速や電子の捕捉・加速をもたらすことが知られているが、本研究では、加速粒子が引き起こす不安定性の効果に注目する。電子や陽電子の運動と不安定性の非線形発展を詳しく解析し、陽電子の加速が不安定性によって、どのような影響を受けるかを解明する。また、陽電子の加速は、陽電子の存在量や磁場の強さや方向に依存すると考えられる。それらのパラメータに対する依存性についても、シミュレーションを積み重ねて、明らかにすることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は、非線形磁気音波中の磁場に平行方向の電場について、理論を完成させることに注力した。シミュレーションの大規模データの解析は、次年度以降に、本格的に取り組むため、その解析に用いるワークステーションの購入を次年度とした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
シミュレーションは、核融合科学研究所のスーパーコンピュータで行うが、そのデータを解析するためのワークステーションや、データを保存するためのハードディスクなどを購入する。
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