Kinetic modeling of particle acceleration in solar flares

太阳耀斑中粒子加速的动力学模型

• 批准号: 21K03627
• 负责人: 銭谷 誠司
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Kobe University
• 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 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03627/
• 关键词: プラズマ粒子シミュレーション; 磁気リコネクション; カッパ分布; 相対論的カッパ分布; Buneman-Boris法; Hyper Boris法; 数値解法; 高次精度; 太陽フレア; 粒子加速

太陽フレアによる粒子加速現象を理解するため、超並列対応のプラズマ粒子シミュレーションコードを用いて基礎問題をセットアップし、テスト計算を実行した。そして、コードの動作を確認し、磁気リコネクションに伴って一定量の電子の加速・加熱が生じることを確認した。引き続き、初期データの解析とより大規模な計算の準備に取り組んでいく。関連して、相対論的磁気リコネクションに伴う粒子加速問題にも取り組み、磁気流体近似で表すことのできない非理想電場が重要な役割を果たすことを明らかにした。太陽フレアを含む太陽圏プラズマ研究では、熱的なマクスウェル分布と高エネルギーのべき乗成分を統一的に扱う「カッパ分布」という速度分布関数を扱うことが多い。しかし、カッパ分布を粒子シミュレーション内で準備する方法はあまり知られていなかった。そこで我々は、カッパ分布（＝多変量t分布）を乱数生成するアルゴリズムに加えて、カッパ分布を相対論的エネルギーにまで拡張した「相対論的カッパ分布」を乱数生成するアルゴリズムを考案した。さらにCanfield (1987)のアルゴリズムを改良した「修正Canfield法」を開発し、相対論的マクスウェル分布などの相対論的速度分布の生成効率を向上することに成功した。プラズマ粒子シミュレーションの根幹である粒子の運動方程式部分でも、標準解法である「(Buneman-)Boris法」をn回のサブサイクリングとN次の高次精度化を組み合わせて大幅に高精度化する「Hyper Boris法」を考案した。著者の異動などのため準備が遅れたものの、Hyper Boris法についての論文を近日中に論文投稿する予定である。

The speed up of particles is similar to that of understanding, parallelism, and calculation of basic problems. Please make sure that the action is correct, and the magnetic device is responsible for the acceleration of a certain amount of electricity. In the initial stage, the system is used to analyze the large-scale model calculation in preparation for the data acquisition of the system. In the field of magnetic equipment and phase discussion, the problem of particle acceleration has been studied, and the magnetic fluid approximation table has been used to analyze the important operating conditions of non-ideal electric fields. The speed distribution of the temperature field is very high, and the speed distribution is very high. The particles are distributed, the particles are distributed, and the methods are prepared to be used. The distribution (= multi-variable t distribution) is divided into two parts: the random number, the distribution, the distribution and the distribution. In this paper, Canfield (1987) improved the modified Canfield method and discussed the velocity distribution and velocity distribution of the modified Canfield method. In order to improve the precision of the system, the standard method (Buneman-) Boris method is used to improve the precision of the system. The precision of the system is very high, and the Hyper Boris method is very important. The author is prepared to prepare for a review of the articles submitted by the author and the Hyper Boris law in recent days.

项目成果

Particle dynamics in collisionless magnetic reconnection

无碰撞磁重联中的粒子动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: Seiji Zenitani

マレーシア国民大学(マレーシア)

马来西亚国立大学（马来西亚）

Multiple Boris solvers for particle-in-cell (PIC) simulation

用于细胞内粒子 (PIC) 模拟的多个 Boris 求解器

• 发表时间: 2022
• 作者: Seiji Zenitani;Tsunehiko Kato
• 通讯作者: Tsunehiko Kato

Exact Calculation of Nonideal Fields Demonstrates Dominance of Injection in Relativistic Reconnection

非理想场的精确计算证明了注入在相对论重联中的主导地位

• 发表时间: 2023
• 期刊: Astrophysical Journal Letters
• 影响因子: 7.9
• 作者: S. Totorica;S. Zenitani;M. Machida;S. Matsukiyo;K. Sekiguchi;and A. Bhattacharjee
• 通讯作者: and A. Bhattacharjee

Loading kappa distributions in particle-in-cell simulations

在细胞内粒子模拟中加载 kappa 分布

• 发表时间: 2022
• 作者: Seiji Zenitani;Shin'ya Nakano
• 通讯作者: Shin'ya Nakano