Plasma heating/acceleration in kinetic plasma turbulence and its turbulence evolution

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 26287119
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Space and upper atmospheric physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Saito Shinji 名古屋大学, 理学研究科, 特任准教授 (60528165)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成行 泰裕 富山大学, 人間発達科学部, 准教授 (50510294)
• Research Collaborator: UMEDA takayuki
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: プラズマ乱流 / 波動粒子相互作用 / 粒子シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

We study kinetic plasma turbulence, where kinetic effect of charged particles are important in its dynamics, by using fully kinetic particle-in-cell simulations. We focus on heating/acceleration processes associated with dissipation of the kinetic turbulence.
In this study we investigate nonlinear dynamics of whistler mode turbulence. In linear theory, whistler mode does not resonate with ions. However, the fully kinetic particle-in-cell simulations demonstrate that ions can be accelerated and/or heated by whistler mode turbulence through its nonlinear developments that include plasma instability and nonlinear intermittent nature of the kinetic turbulence.

Free Research Field

プラズマ物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではホイッスラー波動と呼ばれるプラズマ波動によって構成される波動乱流に注目し、イオンに対する散乱過程について新しい知見を得た。これまでホイッスラー波動乱流によってイオンは強く散乱されないと考えられてきたが、イオン・電子の運動をすべて解き進めながらプラズマ乱流の発展を調べることが出来る粒子シミュレーションを用いて調べた結果、この中でイオンが強く加速や加熱を受けることが見いだされた。太陽風中衝撃波の観測でホイッスラー波動とイオン加速との関係性が見いだされており、その物理機構について不明であったが、本研究成果によって無衝突衝撃波中でのイオンへのエネルギー輸送過程について新たな知見を示した。