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2010 年度 実績報告書

無衝突磁気リコネクションにともなう3次元磁気拡散機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21840061
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

藤本 桂三  独立行政法人理化学研究所, 戎崎計算宇宙物理研究室, 基礎科学特別研究員 (90553800)

キーワード磁気リコネクション / 異常電気抵抗 / 適合細分化格子(AMR) / 電磁粒子(PIC)モデル / 超並列計算 / 3次元シミュレーション
研究概要

PIC(Particle-in-Cell)法をもちいた従来の電磁粒子コードに適合細分化格子(AMR:Adaptive Mesh Refinement)を適用した新しい粒子コード(AMR-PICコード)の超並列化を実施し、磁気リコネクションのテスト計算に対して並列化率99.8%という高い並列効率を実現することに成功した。AMR-PICモデルにおいて高い並列化率を得るため、従来のモデルから主に2つの改良をおこなった。1つ目は、差分方程式系をポアソン方程式のような大域的演算を含むものから、局所演算のみによって構成されるものに変えた。2つ目は、プロセス間の負荷分散を維持するために、プロセスごとの分割領域(ここでは"ブロック"と呼ぶ)の構造を、現象の時間発展にしたがって動的に変化させ、常に各ブロックがほぼ同数の粒子を保持するように調節する手法(適合ブロック法)を考案した。これらの改良によって、AMR-PICコードの並列計算性能は飛躍的に向上した。
次に、完成した超並列AMR-PICコードをもちいて、磁気リコネクションの大規模な3次元シミュレーションを実施した。その結果、高速磁気リコネクション過程において磁気中性線周辺に電磁波動が励起することが明らかになった。この波動は、電子のメアンダリングスケールの波長を有するため、電流の担い手である電子を散乱させ異常電気抵抗を発生させる。つまり、リコネクションにともなう磁気拡散過程は本質的に3次元的であり、従来の2次元リコネクションの描像は大きな変更を迫られる可能性がある。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2010

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] Dissipation mechanism in 3D magnetic reconnection2010

    • 著者名/発表者名
      藤本桂三
    • 学会等名
      US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection
    • 発表場所
      奈良県奈良市
    • 年月日
      2010-11-01
  • [学会発表] Massively parallel computing of electromagnetic particle-in-cell model using adaptive mesh and adaptive block : Part II2010

    • 著者名/発表者名
      藤本桂三
    • 学会等名
      第128回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      沖縄県那覇市
    • 年月日
      2010-11-01
  • [学会発表] Massively parallel computing of electromagnetic particle-in-cell model using adaptive mesh and adaptive block : Part I2010

    • 著者名/発表者名
      藤本桂三
    • 学会等名
      第128回地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      沖縄県那覇市
    • 年月日
      2010-10-31
  • [学会発表] Dissipation mechanism in 3D collisionless magnetic reconnection2010

    • 著者名/発表者名
      藤本桂三
    • 学会等名
      International Congress on Plasma Physics 2010
    • 発表場所
      チリ サンチアゴ市
    • 年月日
      2010-08-12
  • [学会発表] Dissipation mechanism in 3D magnetic reconnection2010

    • 著者名/発表者名
      藤本桂三
    • 学会等名
      West Lake International Symposium on Space Plasma Physics
    • 発表場所
      中国杭州市
    • 年月日
      2010-04-20

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公開日: 2012-07-19  

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