2019 年度研究成果報告書

局所構造およびパリティの観点から紐解くプラズマ乱流のマルチスケール相互作用

研究課題

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研究課題/領域番号	17K14424
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	プラズマ科学
研究機関	名古屋大学
研究代表者	前山伸也名古屋大学, 理学研究科, 講師 (70634252)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	プラズマ乱流 / マルチスケール相互作用
研究成果の概要	宇宙や核融合装置などで観測される磁場閉じ込めプラズマでは、密度・温度勾配を駆動源とする微視的不安定性が存在し、電磁場の揺らぎを伴う乱流を作り出す。本課題では、大きく質量の異なる電子とイオンの運動に起因する異なるスケールの乱流間のマルチスケール相互作用の物理メカニズムについて理論・数値シミュレーションを用いて研究を行った。その結果、長波長のイオンスケール不安定においても、運動論的電子の効果により短波長の局所構造が作られ、極短波長の電子スケール不安定性と相互作用することが示された。これは、異なるパリティを持つイオンスケール不安定性についても同様であり、マルチスケール相互作用の普遍性が示唆された。
自由記述の分野	プラズマ物理
研究成果の学術的意義や社会的意義	プラズマ乱流研究の文脈の下で、電子・イオンスケール乱流間の相互作用はその解析の難しさ故に未解決のまま取り残されてきた。本研究では、乱流を駆動する微視的不安定性の多様性に着目したシミュレーション研究を実施した。イオンスケールの局所電流シート構造を破壊することで極微細スケールの電子スケール乱流が卓越するという、非自明な結果が得られ、申請者らの先行研究との比較からマルチスケール相互作用の普遍的性質が示唆された。その学術的成果は、乱流輸送の予測・評価が装置設計を左右しうる核融合学への貢献、人工衛星観測により多階層・電子スケール物理の研究が進む宇宙物理学への示唆などへの波及効果が期待できる。