| 研究課題/領域番号 |
26287143
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
井 通暁 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (00324799)
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| 研究分担者 |
小野 靖 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (30214191)
今田 晋亮 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (40547965)
神尾 修治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80705525)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 宇宙・天体プラズマ / 磁気リコネクション |
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| 研究実績の概要 |
強いガイド磁場の存在下で発生する磁気リコネクションにおいて、電子およびイオンがどのように加速・加熱されるかを定量的に評価し、粒子加速機構を解明することを目的とし、東京大学UTST装置を用いた実験研究を実施した。
リコネクション点での電場加速によって電子は磁場に平行方向に大きなエネルギーを有していることが、軟Ｘ線計測で明らかになった。加速された高エネルギー電子が不純物イオンを励起することで、リコネクション点近傍のみで線スペクトル発光が観測された。これまでは主に高速カメラと干渉フィルタによって観測を行っていたが、今年度は回折格子分光器と二次元ディテクタを用いたトモグラフィ計測を実施し、発光領域の大きさを高精度に同定することに成功した。また、同じ計測によりイオン温度の空間分布を計測したところ、リコネクション点から径方向内側に向かう下流域で顕著な加熱が見られたのに対し、径方向外側ではほとんど加熱効果が見られなかったことから、トロイダル効果に起因する非対称性が発生していると考えられる。一方トムソン散乱による磁場に垂直方向の電子温度・密度計測では、リコネクション点に局在して電子加熱が観測された。
電子温度・イオン温度ともにリコネクション電場に対して正の依存性を有しているが、ガイド磁場に対しては磁場に平行方向の電子エネルギーは正の依存性を有しているのに対し、垂直方向電子温度およびイオン温度の依存性は強くないことが判明した。加速電子については、今年度は、40チャンネルのディテクタアレイを用いたトモグラフィ計測に加えて、高速カメラによるイメージング計測の整備を行い、動作試験および予備実験を実施した。
また、電子加速領域を同定するためにリコネクション磁場の空間分布を高精度に測定したが、これまで考えられていた単一の電流層ではなく、過渡的に二層の電流層が形成されていることが明らかになった。
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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
今年度計画していた実験内容をおおむね遂行することができた。なお、今年度予定していた計測器整備の一部を実施するためには、実際に実験を行って現行計測器に関する情報を入手し、設計検討を行う必要があった。経費の効率的な運用を行うため、今年度は現行計測器のみを用いて予定の実験を行いながら、更なる整備に必要となるデータの取得を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度である今年度は、これまでに開発した各種計測器を同時に運用することによって、総合的な実験を実施する。これまでの実験結果から、高ガイド磁場下の磁気リコネクションが大きな時間変動を有しているという傾向が確認されたため、軟ｘ線計測による電子エネルギー評価と、分光によるイオンエネルギー評価を高い時間分解能で同時に実施することによって、過渡的な振る舞いの原因を解明することを目指す。軟Ｘ線計測については、現在運用中のトモグラフィシステムを二台同時に運用することで電子エネルギー分布を推定可能とし、さらにイメージング計測結果と重ね合わせることによって信頼性の高いデータが得られると期待できる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初予定では、今年度中に軟Ｘ線トモグラフィ計測を拡張し、電子のエネルギー分布情報を得ることを計画していたが、軟Ｘ線を弁別するためのフィルタ素材や、プリアンプの性能などを確定するためには実際に装置を運用する必要があったため、今年度は既存システムのみを用いて予定していた実験を実施すると同時に、最適なフィルタ／アンプ回路を見出すことに注力した。今年度得られた特性や試作回路に基づき、次年度初めに計測器の整備を行うこととした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度得られた結果に基づき、軟Ｘ線トモグラフィシステムの増設を行う。具体的には、アンプ回路や軟Ｘ線フィルタを追加し、ディテクタおよび真空容器内マウントと組み合わせて計測器を構築する。その上で既存の計測器に若干の改造を施し、同時運用することによって異なるエネルギー帯の電子の二次元分布がどのように振舞うかを観測する。
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