2006 Fiscal Year Annual Research Report
非線形磁気音波の伝播と粒子加速の3次元粒子シミュレーション
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18540488
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
樋田 美栄子 名古屋大学, 大学院理学研究科 (00273219)
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| Keywords | 磁気音波 / 無衝突プラズマ / 衝撃波 / 非線形波動 / 多種イオン / 粒子加速 / エネルギー輸送 / シミュレーション |
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| Research Abstract |
3次元の相対論的電磁粒子コードの開発ならびに高速化を行い、それを用いて、磁気音波衝撃波によるプラズマ加熱・加速についての研究を開始した。特に今年度は、多種イオンの効果に注目した。宇宙プラズマと核融合プラズマは共に多種類のイオンを含むが、それらのイオンの組成(サイクロトロン周波数比や密度比)は大きく異なる。そのイオン組成の違いが、磁気音波の伝播に重要な影響を及ぼすことを見出した。まず、2種のイオンを含むプラズマ中の磁気音波は低周波モードと高周波モードに分裂するが、それらの分散曲線は、2つのイオンの電荷密度が等しい時に最も離れることを理論的に示した。また、低周波モードの長波長擾乱の非線形発展をシミュレーションで調べたところ、低周波モードと高周波モードの分散曲線が近接する場合は、両方のモードの非線形孤立波が生成され、それらはほぼ定常的に伝播することを示した。さらに、衝撃波面の構造についても、イオン組成の効果を調べた。そして、重水素(D)三重水素(T)プラズマの場合は、DとTは共に強く加速され、それらの速度分布は、Maxwell分布に比べて高エネルギー粒子の割合がずっと多くなることを示した。
上記研究に加えて、低周波電磁揺動の伝播とエネルギー輸送における多種イオンの効果を、理論とシミュレーションで調べた。磁場に直角方向に伝播する擾乱は1種類イオンプラズマでは減衰せず、そのエネルギーは磁場とイオンの間で振動するだけである。それに対し多種イオンプラズマでは、磁場擾乱は減衰し、そのエネルギーはイオンにほぼ非可逆的に輸送されることを、長時間シミュレーションを用いて明らかにした。この過程は太陽コロナの加熱問題等を考える上で重要になると考えられる。
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