相対論的ドリフト電流を持つプラズマシートの磁気リコネクション

等离子体片与相对论漂移电流的磁重联

基本信息

批准号：
20K20908
负责人：
星野真弘
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

磁気リコネクションは、実験室プラズマから磁気圏、宇宙において普遍的にみられるプラズマ素過程であり、磁気エネルギーを解放しプラズマを加熱し非熱的粒子も効率的に生成する機構として活発な研究が行われてきている。また近年とりわけ、高エネルギー天体現象において、爆発的にX線やガンマ線を放射するメカニズムとしても注目されている。天体現象で重要となる相対論的高温プラズマでのリコネクションについて、本研究では、プラズマ粒子シミュレーションを用いて研究を進めてきたが、昨年までに、当初の目標であった、電流層のドリフト速度が相対論になった時のリコネクションの成長への影響についてほぼ決着がついたので、本年度からは、これまでの研究を深化させ、リコネクションでの非熱的粒子の生成について調べた。具体的には、磁場エネルギーが解放された結果、熱的エネルギーと非熱的エネルギーにどのように配分されるかについて、粒子シミュレーションを用いて調べた。様々な要因に左右される複雑なリコネクション過程を単純化するために、電子と陽電子のペアプラズマを仮定し、更にプラズマシートの電子慣性長に対する厚みは固定して、プラズマシート温度と縦磁場の強さの関数として、熱的エネルギーと非熱的エネルギーの分配について調べた。過去の研究では縦磁場効果を入れていなかったので、今回は縦磁場効果を付け加えたことが新しい視点である。空間2次元の粒子シミュレーションの結果、初期のプラズマ温度が相対論的高温の時は、リコネクションによって生成された高温プラズマのエネルギー密度の90%以上が非熱的成分となり、一方初期のプラズマ温度が非相対論的になると、非熱的粒子の生成の効率が下がることが分かった。また、縦磁場が大きくなると非熱的粒子の生成率がさがることが明らかになった。この結果は The Astrophysical Journalに出版された。

磁重新连接是一种等离子体过程，在磁层和宇宙中普遍看到，从实验室等离子体到磁层和宇宙中，并且被积极研究为一种释放磁能，加热等离子体并有效产生非热颗粒的机制。近年来，尤其是在高能天体现象中，它也引起了人们的注意，作为爆炸性发射X射线和伽马射线的一种机制。这项研究一直在进行有关相对论的高温血浆相对论重新连接的研究，使用血浆粒子模拟在天文现象中很重要，但是截至去年，当前层漂移速度的最初目标几乎已经在重新连接的生长上得到了解决，当时原始目标是当前的相对范围，因此我们已经进行了相对的研究，因此我们已经进行了研究。在重新连接期间。具体而言，使用粒子模拟来研究磁场能如何由于释放而分布到热和非热能。为了简化取决于多种因素的复杂重新连接过程，我们假设了一对电子散等体等离子体，此外，固定了等离子表的厚度，相对于电子惯性长度，固定了热能和非热能的分布，并研究了血浆温度和强度的纵向电脑的功能。先前的研究尚未包括纵向磁场效应，因此这次添加纵向磁场效应是一种新的视野。由于空间二维粒子模拟的结果，发现当初始血浆温度在相对性上很高时，重新连接产生的高温血浆的能量密度的90％以上是非热成分的，而当初始血浆温度成为非占主导地位时，则会成为非占用的效率，而不是形式的效率。还揭示了当纵向磁场增加时，非热颗粒的形成速率降低。结果发表在《天体物理学》杂志上。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fully Kinetic (Particle-in-Cell) Simulation of Astrophysical Plasmas

天体物理等离子体的全动力学（细胞内粒子）模拟

DOI：
10.1007/978-3-031-11870-8_11
发表时间：
2022
期刊：
Space and Astrophysical Plasma Simulation: Methods, Algorithms, and Applications
影响因子：
0
作者：
Yuan Joseph;Hatefipour Mehdi;Magill Brenden A.;Mayer William;Dartiailh Matthieu C.;Sardashti Kasra;Wickramasinghe Kaushini S.;Khodaparast Giti A.;Matsuda Yasuhiro H.;Kohama Yoshimitsu;Yang Zhuo;Thapa Sunil;Stanton Christopher J.;Shabani Javad;Hoshino Masahiro
通讯作者：
Hoshino Masahiro

Nonthermal electron acceleration at collisionless quasi-perpendicular shocks

无碰撞准垂直冲击下的非热电子加速

DOI：
10.1007/s41614-022-00093-1
发表时间：
2022
期刊：
Reviews of Modern Plasma Physics
影响因子：
0
作者：
Amano Takanobu;Matsumoto Yosuke;Bohdan Artem;Kobzar Oleh;Matsukiyo Shuichi;Oka Mitsuo;Niemiec Jacek;Pohl Martin;Hoshino Masahiro
通讯作者：
Hoshino Masahiro

Nonthermal electron and ion acceleration by magnetic reconnection in large laser-driven plasmas