2003 Fiscal Year Annual Research Report
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13440143
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| Research Institution | KYOTO UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
大村 善治 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (50177002)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 紘 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 教授 (00026139)
小嶋 浩嗣 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 助教授 (10215254)
臼井 英之 京都大学, 宙空電波科学研究センター, 助教授 (10243081)
向井 利典 航空宇宙研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (60013695)
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| Keywords | 静電孤立波 / GEOTAIL / プラズマ波動 / 計算機実験 / 誘導電場 / HPI / ポテンシャル / 宇宙プラズマ |
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| Research Abstract |
本研究課題では、宇宙プラズマ中における電子ビーム不安定性の非線形発展の結果生じる静電孤立波に注目して、その2次元、3次元モデルへの拡張を考え、静電孤立波からの電磁波動の放射過程の物理メカニズムを解明した。静電孤立波を1次元のBGK平衡解の一つとして扱い、その静電エネルギーと連動エネルギーの比率を求め、2つのポテンシャルが合体する際のエネルギーの散逸について理論的に明らかにした。2次元、3次元モデルにおいてはBGK平衡解は存在しないので、静電エネルギーは散逸してゆく。その時間発展を詳細に調べるために、2次元電磁粒子コードを用いて、大規模な計算機実験を行った。磁力線に平行なx軸とそれに垂直なy軸から構成される2次元において、磁力線に沿って、電子ビームをx軸の左端から一定の割合で注入して波を励起し、右端には開放境界を設けて、波動と電子ビームを吸収するように設定した。この2次元モデルでは、電子ビームに近い部分において、斜め伝播の低域混成波と磁力線方向の静電孤立波とが結合して、2次元のポテンシャル構造が作られることを示した。2次元ポテンシャル構造では、磁力線に垂直な電場成分が存在するために、ExBドリフトを受けてZ軸方向に電流構造が形成されて、電磁波が放射される過程を計算機実験で再現した。また、3次元構造の孤立静電ポテンシャルが存在できる条件について理論的に解明した。これらの一連の計算機実験で想定している電子ビームが宇宙空間で形成される過程の一つとして磁場構造が変化することによる誘導電場による加速が考えられるが、実際に磁力線沿いに誘導電波が印加される場合に電子が加速されてBuneman不安定性が励起されて電子が拡散する中で2次的な電子ビームが形成されることを1次元モデルおよび2次元モデルの計算機実験で実証した。このBuneman不安定性について線形成長率と計算機実験による非線形発展のパラメータ依存性を明らかにした。
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[Publications] Y.Omura, V.L.Krasovsky: "Comments on "Electrostatic wave variety and the origin of BEN""Planetary and Space Science. 50. 343-346 (2002)
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[Publications] T.Umeda, Y.Omura, H.Matsumoto, H.Usui: "Formation of electrostatic solitary waves in space plasmas : Particle Simulation with open boundary conditions"Journal of Geophysical Research. 107・A12. Doi:10.1029/2001JA000286 (2002)
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[Publications] T.Umeda, Y.Omura, P.H.Yoon, R.Gaelzer, H.Matsumoto: "Harmonic langmuir waves.III.Vlasov simulation"Physics of Plasmas. 10・2. 382-391 (2003)
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[Publications] Y.Omura, W.J.Heikkila, T.Umeda, K.Ninomiya, H.Matsumoto: "Particle simulation of plasma response to an applied electric field parallel to magnetic field lined"Journal of Geophysical Research. 108・A5. Doi:10.1029/2002JA009573 (2003)
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[Publications] Y.Omura, T.Umeda, H.Matsumoto: "Simulation of electron beam instabilities and nonlinear potential Structures"Space Plasma Simulation. 79-92 (2003)
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[Publications] V.L.Krasovsky, H.Matsumoto, Y.Omura: "Electrostatic solitary waves as collective charges in a magnetospheric plasma physical structure and properties of Vernstein-Greene-Kruskal solitons"Journal of Geophysical Research. 108・1117. Doi:10.1029/2001JA000277 (2003)
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[Publications] T.Umeda, Y.Omura, T.Tominaga, H.Matsumoto: "A new charge conservation method in electromagnetic particle-in-cell simulations"Computer Physics Communications. 156・1. 73-85 (2003)
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[Publications] V.L.Krasovsky, H.Matsumoto, Y.Omura: "Effect of trapped particle deficit and structure of localized electrostatic perturbations of different dimensionality(in press)"Journal of Geophysical Research.
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[Publications] T.Umeda, Y.Omura, H.Matsumoto: "Two-dimensional particle simulation of electromagnetic field signature associated with electrostatic solitary waves"Journal of Geophysical Research. 109・A02207. Doi:10.1029/2003JA010000 (2004)
