イオンサイクロトロン不安定性による構造形成のシミュレーション研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680485
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 石黒 静児 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (10193301)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高丸 尚教 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助手 (20241234) ; 藤堂 泰 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (00249971)
• Keywords: オーロラ / 粒子加速 / 電位構造 / ダブルレイヤー / 異常低抗 / V字型電位構造 / 電離層 / 静電イオンサイクロトロン不安定性

Research Abstract

地球などの磁場を持つ惑星の極地方で観測されるオーロラは、磁力線に沿って加速された高速電子が大気中の窒素、酸素等を電離することによって発生する。多くの観測結果からこの高速電子は沿磁力線電場によって生成されていると考えられているおり、その沿磁力線電場の生成機構に関しては多くの研究が行われている。さらに、電離層においてイオンサイクロトロン周波数近傍の振動が頻繁に観測されていることやV字型の電位構造の存在を示唆する衛星観測が報告されたことから、電流駆動静電イオンサイクロトロン不安定性がオーロラ電子の生成を担う電位構造形成の原因である可能性が高いとされてきた。これまでの開放系粒子シミュレーションモデルを用いた大規模シミュレーションにより電流駆動静電イオンサイクロトロン不安定性によりV字形の電位構造が形成されることを実証し、さらに現実の宇宙空間における電子加速領域の大きさではオーロラ電子の加速に十分な電位差になりうることを示してきた。これらは静電イオンサイクロトロン波のみが不安定で、イオン音波は不安定でないパラメータ領域でのみシミュレーションを行ってきた。ところが、最近の衛星観測で大域的な電位構造に重なってより空間スケールの小さい電位構造が存在していることを示唆する結果が得られている。これらの関係を明らかにする目的でイオン音波及び静電イオンサイクロトロン波がともに不安定となるパラメータ領域でシミュレーションを行い波の不安定性による成長並びに電位構造の形成を調べた。いくつかのパラメータによる予備的なシミュレーションを行った結果から、このパラメータ領域においてもイオンサイクロトロン波が優勢になることが示された。しかしながら、現在のところ電位構造に関しては明確な結果は得られておらず、さらに詳細なシミュレーションが必要と考えられる。

Research Products

• [Publications] S.Ishiguro: "V-shaped potential formation due to current-driven electrostatic ion cyclotron instability"IPELS-2001 Abstract. 136-136 (2001)
• [Publications] H.Takamaru: "Formation of ion-acoustic double layer in two-dimensional open systetem"IPELS-2001 Abstract. 164-164 (2001)
• [Publications] Lj.Nikolic: "Self-Organization in a high intensity laser plasma interaction"Second International Conference on Inertial Fusion Sciences and Application-Abstracts. 109-109 (2001)
• [Publications] T.Kaneko: "Plasma confining potential self-consistently formed by local electron cyclotron resonance in a well-shaped magnetic field"Physics of Plasmas. (in press). (2002)
• [Publications] T.Ishimori: "Particle Simulation of Potential Formation Due to Local ECR along Diverging Magnetic-Field Lines"JPFR Series. 4(in press). (2002)
• [Publications] W.Oohara: "Dynamic Evolution of Plasma Structure Due to Local Production of Massive Negative Ions"J. Phys. Soc. Jpn.. 71・2. 373-376 (2002)
• [Publications] Y.Todo: "Fokker-Planck simulation study of Alfven eigenmode bursts"Nuclear Fusio. 41・9. 1153-1159 (2001)
• [Publications] 内藤裕志: "磁気流体現象と運動論的効果"プラズマ・核融合学会誌. 77・6. 547-556 (2001)