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本研究は、高速イオンが駆動する、一様磁場及び非一様磁場における低域混成波不安定性の非線形発展を、電磁粒子シミュレーションを用いて解明することを目指している。高速イオンによって駆動される低域混成波は、宇宙プラズマや核融合プラズマなど様々なプラズマ環境で観測されている。低域混成波は粒子加速に大きな影響を与えるため、低域混成波不安定性を調べることは重要な物理課題である。
本年度では、前年度に続いて低域混成波の高調波構造について調べた。まず、前年度に低域混成波の高調波が非線形波動間結合によって励起されることを明らかにしたが、その研究成果が国際学術誌であるPhysical Review E誌に掲載された。
これまで限られたパラメーターでしか高調波を調べていなかったが、磁場の強度・密度・高速イオンの速度などのパラメーターを変化させた、複数の一次元シミュレーションを行った。その結果、高調波は幅広いパラメーター範囲で励起されることが明らかになった。この結果は、地球磁気圏の広い領域で高調波が励起される可能性を示唆している。
また並行して、低域混成波不安定性の二次元シミュレーションを行った。二次元では一次元とは異なり伝搬角が異なる波動同士の非線形波動間結合が考えられるが、二次元シミュレーションでも低域混成波の高調波が励起されることを確認することができた。次の段階として、非一様磁場中の高調波を含めた低域混成波不安定性を調べるための、シミュレーションコードの開発に取り組んでいる。
以上から、本研究は、低域混成波の高調波の励起機構を明らかにするとともに、高調波がイオン加速を促進する可能性及び地球磁気圏の広い領域で励起される可能性を提示した。この結果は、地球磁気圏で生じているイオン加速への応用が期待できる。
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