| 研究課題/領域番号 |
25400538
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
河野 光雄 中央大学, 総合政策学部, 教授 (00038564)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | イオン対プラズマ / 分散関係式 / 後進波 / イオンサイクロトロン波 / イオンプラズマ波 |
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| 研究概要 |
10年来未解決のままであったイオン対プラズマにおける静電波動の伝搬特性を解明する理論を組み立て、実験結果を再現することを示し、アメリカ物理学会誌Physical Review Letterとアメリカ物理学協会誌Physics of Plasmaに掲載された。
宇宙生成の動的発展プロセスを探るうえで重要な物質―反物質プラズマの研究はその寿命が短いので実験室では無理とされてきたが、イオン対プラズマの安定な生成に成功した東北大学で行われた波動実験が計測した特異な分散特性は、この10年間にわたって理論による解明の試みをことごとく退けてきた。これまでの理論研究は流体記述によるものであり、実験結果が示唆していた粒子運動論的特性を無視したものであった。粒子運動論的特性が無視された理由は、通常の電子―イオンプラズマにおいても波動特性に対する運動論的効果のクリアカットな計測がなかったことからして、イオン対プラズマであろうはずがないというものであったと思われる。しかしながら、実験結果は明らかに高次サイクロトロン共鳴を示唆しており、統計力学的運動論の展開を求めていた。
実験と同じ条件のもとでの境界値問題を解析的に解くことは煩雑を極めたが、イオンプラズマ波、イオンサイクロトロン波とその高調波、イオンの熱的搖動波の各分散特性を求め、実験とよく合う結果を示した。特に実験で特徴的であった3つの後進波のすべてを同定することができたことで、理論の正しさが認められ、Physical Review Letter誌とPhysics of Plasma誌に掲載された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
先行研究で見落とされた点を分析し、実験結果が示唆する粒子描像を正しく記述する方法を採用したこと。分散関係式は線形理論によるため、実験条件と同じ境界条件を使ったため計算は煩雑であったが、方針は明確であり、おおきな困難はなかった。結果の重要性から、予想を超える速さでPhysical Review LetterとPhysics of Plasma誌に掲載された。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の課題は、実験結果を説明する理論建設にあり、統計力学的運動論の適用によって初期の目的を果たすことができたが、イオンサイクロトロン波の高調波を除けば、流体力学的アプローチでも実験結果を再現できるはずである。統計力学的運動論はイオンの有限ラーマ―効果が大きな役割を果たしていることを示しており、この点を流体力学的アプローチに取り込む理論を展開し、基本波に関しては流体力学的アプローチでも正しく実験結果が得られることを示す。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初予定していた数値計算用のパーソナルコンピュータの半額で性能の劣らないパーソナルコンピュータを購入したことと、購入予定のソフトウェアについてキャンパスライセンスを取ったことにより購入しなくて済んだこと、論文掲載に向けて注力したため、海外での国際会議への参加が1回となったことにより、当初予定額を使用できなかった。
研究は順調に推移しているので、論文は２～３投稿する予定（カラー写真を入れると経費が倍額程度になり、1年目は躊躇したが、読みやすさを優先してカラー印刷を取り入れることにする。）、国際会議には2回程度を予定している。また夏休みには共同して研究しているベルギーのJ. Vranjes教授を訪問して、研究打ち合わせをする予定。
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