ダストを中心とした実験室・宇宙プラズマの自己組織化及び集団運動に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680473
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 石原 修 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20313463)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石渡 信吾 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (10223041) ; 津島 晴 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (90171991) ; 渡辺 慎介 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (60017936)
• Keywords: プラズマ / ダスト / プラズマクリスタル / コンプレックスプラズマ / 自己組織化

Research Abstract

原子サイズと比較して大きな微粒子系が、プラズマという系と相互作用をしている複合系はコンプレックスプラズマとして一つの研究分野を確立しつつある。それはこの2年間の我々のダストプラズマの理論的研究が他の実験研究グループとのかかわりで広がりをもってきたともいえるだろう。10以上のグループでダストプラズマ研究会を発足することができた。我々の研究はシミュレーションを中心としてプラズマ中に置かれた微粒子の挙動を調べてきた。プラズマ中では1〜10ミクロン程度の微粒子は表面に負の電荷を集め、微粒子群はクーロンポテンシャルエネルギーが運動エネルギーを超えるため強く結びつき、それ自身が格子状の構造を作り出す。粒子シミュレーションでは重力と閉じ込め電場により局所的に微粒子を集め、自己組織化によりいかに構造が決定されるかを見た。平面状に並んだ粒子数が6以下では正多角形となり、それ以上の数になると規則正しい格子状になっていくことが見出された。実験室プラズマ中で観測されたものとのよい一致を見た。また実験室実験で磁場中での微粒子の自転を含む回転運動に刺激されて理論解析およびシミュレーションを行った。微粒子のまわりのイオン流の不均一性が自転を引き起こし、釣り合いの位置からのずれによって生じる電場と磁場の相互作用が構造回転を引き起こす機構を提案した。研究結果は微粒子の集団運動についてスペースプラズマ研究会(招待講演、宇宙科学研究所、3月)、微粒子の自転に関してはプラズマ科学国際会議(ICOPS,ラスベガス6月)で発表、微粒子群回転に関しては物理学会(招待講演、徳島、9月)、プラズマ科学のフロンテイア研究会(招待講演、土岐、10月)、ダストプラズマ研究会(世話人、土岐、12月)にて発表。

Research Products

• [Publications] O.Ishihara, N.Sato: "On the Rotation of a Dust Particulate in an ion Flow in Magnetic Field"IEEE Transactions on Plasma Science. 29. 7246-7248 (2001)
• [Publications] A.Hirose, K.Edler, O.Ishihara: "Long Time Behavior of Plasma Diffusion in Strong Turbulence"Physica Scripta. (in press). (2002)
• [Publications] 石原 修: "現代物理科学-フェムトからハッブルの世界まで"共立出版. (2001)