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2023 年度 実績報告書

超螺旋光とプラズマ反応素過程の局所非対称性と巨視螺旋性相関のシミュレーション研究

公募研究

研究領域光の螺旋性が拓くキラル物質科学の変革
研究課題/領域番号 23H04609
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

中村 浩章  核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30311210)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
キーワード光渦 / 分子動力学法 / 螺旋構造 / プラズマ波動相互作用 / アミノ酸前駆体
研究実績の概要

「螺旋光の作り出す物質の巨視的な螺旋特性を、計算機上で『螺旋光と物質の素過程』からの積み上げで導きだせるか?」という学術的な問いへの挑戦を目指し、本研究では、プラズマ理論・シミュレーション技法の螺旋光への拡張により、電子・イオンの螺旋光の吸収素過程と巨視的螺旋性の発現を系統的に調べ上げる。これらの手法を用いて、宇宙プラズマへの螺旋光照射による螺旋特性を持つがらくた分子の生成を目指し、以下の3つの課題に取り組んだ。
課題1:核融合磁化プラズマと光渦の相互作用のシミュレーション:通常の平面波がカットオフ条件により伝搬できない磁化された弱電離プラズマ中をミリ波渦が伝搬することが指摘されていた。この指摘では、ミリ波の光渦が従来のガウス波の伝播可能領域だけでなくプラズマ中のカットオフ領域にも波力を入射できる可能性を示しているため、従来のコルゲート導波管HE11モードミリ波によるプラズマ加熱よりも効率的なプラズマ加熱につながる新たな加熱方法を示唆している。そこで、本研究グループは、コルゲート導波管ハイブリッドモードのミリ波渦の伝搬を有限差分時間領域(FDTD)法で評価した。
課題2:生命の起源生成シナリオ「がらくた分子仮説」の要である「プラズマ・低分子雲から、がらくた分子生成」のシミュレーション:宇宙空間でのガラクタ分子の生成の候補として、星間ダストの氷マントルに宇宙線が照射されると、分子雲中でアミノ酸前駆体が生成されることが報告されている。そこで、これら一連の実験では解明できないアミノ酸の生成経路を分子動力学法により調べた。

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

研究協力者との交流が順調に進み、光渦プラズマ相互作用のFDTDシミュレーション・アミノ酸合成の分子動力学シミュレーション・さらに導波管中の電子のサイクロトロン運動からの電磁場放射の理論計算を、ほぼ予定通り進めることができた。

今後の研究の推進方策

アミノ酸前駆体の分子動力学シミュレーションでは、古典力学的な取り扱いだけでは、出来上がった分子の安定性を評価できないため、量子化学計算も行っていく必要がある。さらに、冷却機構を考慮する必要があるため、例えば氷ダストの融解についてもシミュレートを行いたい。プラズマ光渦相互作用では、今年度は真空とプラズマの教会をステップ関数型で近似しているが、徐々にプラズマ密度を増やすような現実に近い系へと進化させたい。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation on Hydrogen Trapping on Tungsten Vacancy2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Hiroaki、Takasan Kazuki、Yajima Miyuki、Saito Seiki
    • 雑誌名

      Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering

      巻: 10 ページ: 132~143

    • DOI

      10.15748/jasse.10.132

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Reactive Molecular Dynamics Simulation on DNA Double Strand Breaks Induced by Hydrogen Elimination2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular dynamics simulation for synthesis route of amino acid precursor in space2024

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Murai
    • 学会等名
      ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of two elementary processes in the formation of amino acid precursors in extraterrestrial space by molecular dynamics simulation2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      The 42nd JSST Annual International Conference on Simulation Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] MD simulations from chiral nanoneedle fabrication to amino acid precursors creation2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      19th International Conference on Chiroptical Spectroscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] Verification of Birth Process of Primordial Organic Molecules in the Solar System from Molecular Clouds using Molecular Dynamics Simulations2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      Global Plasma Forum in Aomori
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular dynamics simulations of interactions with various materials starting with plasma-wall interaction studies2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      The 7th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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