電流不安定性の非線形発展と重イオン粒子へのエネルギー輸送

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780385
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 樋田 美栄子 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00273219)
• Keywords: 電流不安定性 / 粒子加速 / 粒子加熱 / イオンサイクロトロン波 / 非線形発展 / 多種イオン / 太陽フレアー / ^3He過剰現象

Research Abstract

電流不安定性の非線形発展とその効果を含めた重イオンへのエネルギー輸送を調べている。前年度の研究で、高速電子による強い電流は、Buneman波の電子捕捉によって電子の速度分布関数を急激に変形し、この変化を介して水素イオン(H)のサイクロトロン波を不安定化することを示した。本年度は、これらの結果を基に、太陽フレアーの^3He過剰現象における電流不安定性の役割を明らかにすることを目指した。
3種のイオン(主成分のH、副成分の^4He、少数成分の^3He)を含むプラズマを対象とし、空間2次元・速度3次元の静電粒子コードを用いてシミュレーションを行った.そして、電流が十分に強ければω=2Ω_<3He>のHサイクロトロン波が大振幅に成長し、^3Heを選択的に加速することを示した。また、Hサイクロトロン波の分散関係について理論・数値解析を行った。その結果、水素温度を太陽コロナと等しく100eVとすると、1keV以上の高エネルギー電子ビームがあればω〜2Ω_<3He>の波が大振幅になり^3He粒子を選択的に加速し得ることが分かった.この解析結果は、^3He過剰現象には1〜100keVの高エネルギー電子ビームが伴うという観測結果と一致する。また、^3He粒子のエネルギーについても定量的な議論を行った。電流を担う電子のドリフト速度を大きくすると、ω=2Ω_<3He>の波は長波長に移行し^3He粒子の最高エネルギーは増加することを理論と粒子シミュレーションで示した.そして、電子の初期エネルギーが10keV程度であれば不安定性の非線形発展によって、MeVオーダーのエネルギーをもつ^3He粒子が多数生成されることをテスト粒子法を用いて示した。このエネルギーは、^3He過剰現象で観測されている^3Heのエネルギーと同じオーダーである。

Research Products

• [Publications] M.Toida, A.Sugishima, Y.Ohsawa: "Simulation studies of energy transfer to heavy ions by strong current-driven instabilities"Physics of plasmas. 9・6. 2541-2548 (2002)
• [Publications] M.Toida, H.Okumura: "Nonlinear development of current-driven instabilities and 3He rich events in solar flares"Journal of Physical Society Japan. 72・5(in press). (2003)