2014 Fiscal Year Annual Research Report
高エネルギー粒子の運動論効果による粒子加熱と帯状流乱流輸送特性の研究
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24740372
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐々木 真 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (70575919)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高エネルギー粒子 / 振動帯状流 / ドリフト波 / 孤立波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高エネルギー粒子の運動論効果及び乱流輸送特性を理論的に明らかにする事を目指している。今年度は、高エネルギー粒子に駆動される振動帯状流（GAM）についての理論的研究及び、ドリフト波乱流の非線形素過程についての研究を実施し、以下の事が明らかになった。
(1) 高エネルギー粒子駆動GAMの特性：ジャイロ運動論を基礎に、高エネルギー粒子を考慮したGAMの理論的研究を行った。高エネルギー粒子が存在する場合、通常のGAM及び高エネルギー粒子トランジット周波数程度のEGAMと呼ばれるブランチが存在する。本研究では、さらにもう１つ新たなブランチの存在を指摘した。このブランチは高エネルギー粒子の磁気ドリフト周波数程度の周波数を持つ。固有周波数及びポロイダル固有関数を解析的に導いた。固有関数はポロイダル方向に鋭いピークを持つため、実効的磁場方向波数が大きくなりイオンランダウ減衰が強くなる。GAMによるイオン加熱が期待出来るブランチであることが分かった。
(2) ドリフト波乱流の非線形素過程：前年度までに直線プラズマにおける乱流シミュレーションにおいて、帯状流、ストリーマ、フルート構造間の分岐が明らかになっていた。今年度は、それらの乱流構造に加え、ドリフト波によって形成される孤立波構造を得る事に成功した。孤立波構造は周方向に急峻な波面を形成する。ドリフト波の位相引き込みに着目した解析により、波面構造には複数種類の解が存在することが分かった。これらの解の安定性解析を行い選択則も得た。選択則は、ドリフト波揺動のボルツマン関係からのずれの径方向構造で規定される。この理論予測は、シミュレーション結果及び直線プラズマ実験装置PANTAにおける観測とも矛盾しないことが分かった。
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