研究課題
H22年度は、1)放電・電離過程における突発的な多階層ダイナミックスおよび2)磁気リコネクションに伴う突発的な爆発現象に関する理論・シミュレーション研究を実施した。1)平成21年度までの原子・緩和過程と取り入れた統合化粒子コード(EPIC3D)によるネオンやアルゴンなどの希ガスの放電・雷シミュレーションにおいて見出した放電・雷の突発的発生と複雑な枝分けれ構造を再現するパーコレーション理論に基づくプラズマ転移理論を構築した。具体的には、放電媒質を静電容量や自己インダクタンスを持った微小体積要素の集合として記述する交流回路網と逃走電子による電離の生成・消滅過程を確率論的に記述するモデルを結合させたパーコレーション転移モデルを構築し、このモデルに基づくレーザーガイド下での放電シミュレーションにより、放電の突発的な発生と枝分かれ構造を有する放電パターンを再現することに成功した。2)核融合プラズマや宇宙・天体プラズマにおいて、電磁流体力学(MHD)過程が関与した突発的で爆発的な高速の磁気リコネクション現象を説明するモデルとして、爆発的リコネクションに至るまでのゆっくりとした磁気島の構造変化が新しい自由エネルギー源にとなって二次的不安定性が発生し、これが爆発的リコネクションを引き起こすとする理論を提案した。また、この理論を同定する新しいシミュレーション手法を構築し、それにより、この新しい不安定性(構造駆動型非線形不安定性)を同定することに成功した。この不安定性は、構造変化に対してしきい値を有する臨界型の不安定性であることも見出した。さらに、高強度レーザー場中での粒子運動を記述する非正準Lie摂動論に基づく理論モデルに関する研究を進展させ、高強度レーザー場の同重力に対する新しい表式を導くことに成功した。また、プラズマ相転移過程を高精度で再現する粒子コード(EPIC3D)の並列化研究を進展させた。
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