磁化プラズマにおけるスパイラル構造形成の理論

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680481
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 河野 光雄 中央大学, 総合政策学部, 教授 (00038564)
• Keywords: Spiral Vortex / Plasma Density Hole / Burgers Vortex / Multipole Vortex / Anomalous Viscosity / 国際情報交換 / ユーゴスラヴィア:ドイツ

Research Abstract

平衡状態におけるプラズマの不均一性を考慮して、磁化された電子プラズマの線形安定性と非線形定常状態としての渦構造を調べた。一様磁場の下では、シアのある流れをもつプラズマはフルートタイプの不安定性を引き起こし、スパイラルモードとして伝播することを示し、非線形発展の結果、3重極渦に緩和することを示した。この渦は背景の流れによって運ばれる。すでに海や実験室の回転流体において、ここでの3重極渦は観測されており、プラズマでも観測されることが期待される。磁場にシアがある場合は、固有値問題を解くことによって、不安定性が安定化されることを示したが、磁力線方向の不均一は、異なる磁気面からのモードの結合を励起し、磁場のシアによる安定化をさまたげ、さまざまの非線形定常状態へと緩和する可能性を示した。これらは、3重極渦に加えて、多重極渦や渦鎖である。まだこうした非線形定常解の安定性を調べていないので、実際にどれが実現されるのか不明であるが、実験室実験が待たれる。
ここで調べたプラズマにおける構造形成の起源は、流れのシアとヴェクトル的な非線形性にあるが、これは昨年調べたスパイラル構造の形成にとっても本質的なものであった。流れのシアは不安定性を引き起こし、非線形成長を遂げた揺らぎがヴェクトル的非線形性によって回転運動へと組織化されて渦を形成する。スパイラル渦は散逸の効果で回転が閉じないことに拠ったが、散逸や粘性がなければ回転が閉じ、渦が形成されるという共通のシナリオが確認できた。

Research Products

• [Publications] J. Vranjes, P. K. Shukula, M. Kono, S. Poedts: "Linear and nonlinear electrostatic modes in a non-uniform magnetized electron plasmas"Physics of Plasma. 8・6. 3165-3176 (2001)
• [Publications] 田中雅慶, 河野光雄: "回転する磁化プラズマの中のスパイラル渦"核融合・プラズマ物理学会誌. 77・4. 348-354 (2001)