磁気圏プラズマにおけるアルフベン波乱流と電子加速に関する研究

磁层等离子体阿尔文波湍流与电子加速研究

• 批准号: 21K03502
• 负责人: 西村 征也
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology (2022)Hosei University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03502/
• 关键词: 磁気圏プラズマ; 磁気圏-電離圏結合; フィードバック不安定性; 運動論的アルフベン波; ジャイロ運動論モデル; 双極子磁場; ジャイロ流体モデル; アルフベン波乱流; 電子加速; 電子ランダウ減衰

令和4年度の研究においては、磁気圏を双極子磁場によって近似した系へと対象を拡張した。これによって、より現実に近い条件においてアルフベン波乱流の特性と電子加速機構について調べることが可能となる。双極子磁場配位に対しては、運動論的アルフベン波の解析的な分散関係が導出できないため、ジャイロ流体モデルのクロージャを構築することができない。従って、ジャイロ運動論モデルを直接扱う必要がある。双極子磁場配位においては、磁力線に沿って磁場の大きさやプラズマパラメータが大きく変化するため、ジャイロ運動論モデルを適用する際には複数の克服するべき課題が存在する。まず、電離圏近傍と磁気赤道近傍では磁気モーメントに約百万倍の分解能の違いが存在するため、磁気圏全体の磁気モーメント空間を扱うことは数値計算上困難である。そこで、ジャイロ運動論モデルを磁気モーメント空間に対して予め積分し、ミラー力を近似的に扱うモデルを導入した。また、平行速度空間については、磁気圏全体で数十倍程度の分解能の違いが存在するが、不等間隔メッシュを導入することによって、比較的少ないメッシュ数で必要な分解能が得られることが明らかになった。さらに、磁力線に沿ってアルフベン速度が大きく変化するため、数値振動や数値不安定性が発生するが、初期摂動の分布や時空間の分解能を適切に選択することで、これを回避することができることが明らかになった。以上の方法論を組み合わせることにより、ジャイロ運動論モデルを用いた双極子磁場配位におけるフィードバック不安定性の安定性解析を行うシミュレーションコードの開発に成功した。

In the fourth year of research, the magnetic field of dipole was approximated by the magnetic field of dipole. Characteristics of turbulent waves and electron acceleration mechanisms Bipolar magnetic field coordination, kinetic theory, analytical dispersion relations, and the construction of fluid structures.従って、ジャイロ运动论モデルを直接扱う必要がある。Bipolar magnetic field coordination in the middle, magnetic line along the magnetic field of large and small magnetic field, large and small movement theory, when applicable, there are multiple problems to overcome. It is difficult to calculate the value of the magnetic field near the ionization circle and the magnetic field near the equator. The theory of motion, the theory of space, the theory of integration, the theory of force approximation In the parallel velocity space, there are dozens of times of decomposition energy in the magnetic field. The separation energy is introduced at different intervals. The necessary decomposition energy is obtained. In addition, the speed of the magnetic field along the magnetic field is increased, the numerical value of the vibration is increased, the numerical value of the instability is increased, and the distribution of the initial movement is increased. The above methodology was successfully developed for the analysis of the stability of dipole magnetic field coordination.

项目成果

Linear Stability Analysis of Feedback Instability Using Gyrokinetic Model of Magnetosphere

利用磁层回旋运动模型进行反馈不稳定性的线性稳定性分析

• DOI: 10.7566/jpsj.90.094901
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Nishimura Seiya;Numata Ryusuke
• 通讯作者: Numata Ryusuke

フィードバック不安定性の非線形発展における時空間構造

反馈不稳定性非线性演化中的时空结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 照屋貴大;西村征也;佐々木真
• 通讯作者: 佐々木真

磁気圏のジャイロ運動論的モデルを用いたフィードバック不安定性の線形安定性解析

使用磁层回旋运动模型对反馈不稳定性进行线性稳定性分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 西村征也;沼田龍介
• 通讯作者: 沼田龍介

Spatiotemporal structure in nonlinear evolution of feedback instability

反馈不稳定性非线性演化中的时空结构

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Teruya;S. Nishimura;M. Sasaki
• 通讯作者: M. Sasaki

双極子磁場におけるフィードバック不安定性の線形安定性解析

偶极子磁场中反馈不稳定性的线性稳定性分析

• 发表时间: 2022
• 作者: . S. Makarov;M. Makita;M. Nakatsutsumi;T. Pikuz;N. Ozaki;T.R. Preston;K. Appel;Z. Konopkova;V. Cerantola;E. Brambrink;J.-P. Schwinkendorf;I. Mohacsi;T. Burian;J. Chalupsky;V. Hajkova;L. Juha;V. Vozda;B. Nagler;U. Zastrau;S. Pikuz;西村征也
• 通讯作者: 西村征也