| 研究課題/領域番号 |
19K03781
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
齊藤 慎司 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所宇宙環境研究室, 研究員 (60528165)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | プラズマ乱流 / 太陽風 / 粒子シミュレーション / 並列演算 |
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| 研究実績の概要 |
太陽からのプラズマの流れである太陽風乱流中では、粒子間衝突がほとんど起こらず、流体粘性による散逸機構は無視出来ると考えられている。しかしながら、太陽風の「その場」観測から、流体乱流による粘性散逸の特徴とよく似た周波数スペクトルが現れることが知られている。本研究ではプラズマ乱流中の荷電粒子の運動特性がこの原因を担っていると考え、太陽風乱流中に見られる特性について、第一原理プラズマ粒子シミュレーションを用いた計算機実験によって明らかにする。当該年度においては、大規模粒子シミュレーションによって得られたデータの解析をすすめ、これまで研究を進めてきたホイッスラー乱流の性質とは異なる発展をするという結果が得られた。ホイッスラー乱流の場合は同種の波がカスケード（大きい波数へのエネルギー輸送）することがこれまで明らかになっているが、本研究で注目している低周波のシェア・アルフェン波動の波数スペクトルの発展について解析したところ、ホイッスラー波動と運動論的アルフェン波が混在してカスケードしている可能性を示唆する結果が得られた。準垂直方向にカスケードしていく運動論的波動を見ると、磁場摂動の圧縮率はホイッスラー波動の性質を示しているが、磁場とイオン密度の摂動比によると運動論的アルフェン波の性質を示していることが明らかになった。これは2種の波が同時に生成されていることを示していると考えられる。この結果は運動論的乱流がどのようにして生成されるのかを理解する上で重要な成果であると考えている。この研究成果については、12月にオンラインで実施されたAGU国際会議において招待講演として口頭発表を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初は異なるプラズマ環境下での大規模シミュレーションを令和2年度において実施する予定であったが、現状異なるプラズマ環境下での計算が実施出来ていない。理由としては、計算に使用している名古屋大学のスーパーコンピュータが令和2年度に更新されたことにある。１プロセスに対するメモリ量の低下に伴い、更新前と同じプログラムが異常終了することがわかり、この改修が必要となっている。また、シミュレーションデータ解析用の計算機が故障しデータ解析にやや遅れが生じている。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在使用している名古屋大学のスーパーコンピュータ上で粒子シミュレーションのプログラムが正常に動作するよう、並列計算手法を変更する。具体的にはこれまでフラットMPIで実施していた並列計算をハイブリッド並列（MPIとOpenMPの併用）へ移行し、使用計算メモリの効率化を図る。これを数ヶ月以内に完了し、異なるプラズマ環境下でのシェア・アルフェン乱流の非線型発展を再現するシミュレーションを実行する。計算結果は解析に必要なデータを厳選し解析用計算機にダウンロードしておくことで、次年度以降も解析が可能な体制を整えておく。データ解析用の計算機は修理を依頼し4月末に復帰予定であり、今後の研究推進に影響は無い。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画当初は米国サンフランシスコで実施される予定であったAGU Fall Meeting 2020に参加予定でその旅費（40万弱程度）を想定していたが、コロナの影響でオンライン開催となり、その分の旅費が残っている。この余剰分はスーパーコンピュータで計算された大量のデータを保存するためのディスク購入などデータ維持のために充てる計画である。
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