| 研究課題/領域番号 |
20K04041
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
三宅 洋平 神戸大学, 計算科学教育センター, 准教授 (50547396)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 宇宙プラズマ / 境界領域プラズマ / 固体プラズマ相互作用 / 航跡構造 / 超高層物理学 / 数値シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
本課題では、固体表面と宇宙プラズマの相互作用に起因する乱れが、如何に周囲に波及するかという学術的な問いに、粒子モデル運動論プラズマシミュレーションを用いて取り組む。2022年度の実施内容を下記に示す。
①数値研究の基盤技術として、計算荷電粒子と格子点上の電磁場配列を各プロセッサに均等に割りつける技法と、荷電粒子と電磁場の相互作用計算時のメモリ参照パターンを規則化する技術を併せ持つプラズマ粒子シミュレータの開発を進めている。2022年度はこれに固体表面に対応する内部境界処理を適切に導入することで、最先端の高効率プラズマ粒子計算技術を固体プラズマ相互作用研究に利活用する道筋を切り拓いた。
②プラズマ流中の固体微粒子の後方に形成される航跡構造に着目した大規模計算機実験解析を実施した。その結果、磁場を伴わないプラズマ中では特定の振動パターンを有する静的構造が微粒子後方に認められた。当問題と、船舶が水面を進行する際に後方に形成されるケルヴィン波との類似性に着目し、非磁化プラズマ中のイオン音波の分散特性から電位振動パターンの等位相面の構造を理解することを試みた。その結果、等位相面の拡がり角や有限イオン温度効果による振動消失領域が当該波動モードの分散特性を良く表していることが確認された。次に磁力線を流れの方向と垂直に設定した磁化プラズマ中での航跡構造を計算機実験解析で再現した。この場合、航跡の空間スケールに対応する波数領域ではイオンサイクロトロン高調波に伴う複数の波動ブランチが存在するため、分散特性と航跡構造の関連は自明ではない。そこで数値的に求めた各波動ブランチの分散特性との対応関係を調査したところ、得られた航跡構造は低域混成波動の分散特性を比較的良く反映していることを示唆する結果を得た。また一連の取り組みの中で磁化プラズマ中では航跡構造がより長距離に伸展する傾向があることも確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2021年度は、固体プラズマ相互作用長距離波及効果の大規模シミュレーション実行に不可欠な数値基盤技術の開発と、固体微粒子から発生する密度・電位じょう乱とプラズマ波動特性の関連付けに関して、着実な進展が認められた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は、月惑星環境における固体プラズマ境界層領域電磁じょう乱や、人工衛星近傍の密度勾配構造内部のプラズマ波動励起に関する計算機実験解析を本格化する。また帯電ダストや負イオンの存在に伴い、電子低密度化が顕著に表れる土星電離圏プラズマ中での微粒子後方航跡構造に着目した計算機実験解析を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由は、2021年度に予定していた学術講演会のオンライン化などに伴う旅費未使用や、招待講演枠での発表が実現したことによる投稿費用未使用などが理由である。これらは2022年度に、より大規模計算機実験解析を実施するための計算機使用料積み増し分と、学術雑誌への論文投稿や国内外会議での成果発表に有効に利用する計画である。
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