Experimental research of collisionless shock in an extremely high-beta magnetized plasma

极高β磁化等离子体中无碰撞激波实验研究

基本信息

批准号：
20H00143
负责人：
浅井朋彦
金额：
$ 28.37万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

宇宙空間で生じる衝撃波は，多くの場合，粒子間衝突なく電磁場を介してエネルギー散逸が起こる無衝突衝撃波であり，天文学やプラズマ物理学における重要な研究課題である。宇宙空間では直接的な観測が限定されることから，実験室内に無衝突衝撃波を再現し局所情報と巨視的振る舞いを同時に捉えることで，その特性を検証することを目指している。本研究では，実験室で生成される磁場閉じ込めプラズマのうち最も高いベータ値を持ち，その内部の広い領域でβが100%を超えるFRCプラズマを，衝突－無衝突領域（相対速度100 － 1000 km/s）に加速・衝突させ生成される無衝突衝撃波を直接観測し，衝撃波解析の結果と比較検証することを目的とした。令和４年度は，無衝突領域での衝突実験を実現するための装置改造を終え，運転条件の最適化を行った。加速されたプラズモイドの速度は初期に入射するガス圧に強く依存することがわかり，また，速度に加え温度，密度を２倍以上の範囲で制御する手法を確立した。また，上記の実験において，無衝突領域にあるプラズモイドが衝突し，激しい擾乱により磁場構造が破壊された後，再び秩序的な磁場構造が自律的に形成される様子が観測された。この現象について，前年度までに開発された内部磁気プローブアレイおよびロゴスキープローブアレイにより内部磁場／電流の直接計測を行った。令和５年度はこれらの結果について，電位分布の観測を加え，揺動のパワースペクトルやその時間発展などの解析を進め，配位の自己形成機構について検証を進める。

在外太空产生的冲击波是无碰撞冲击波，通常在没有粒子碰撞的情况下通过电磁场引起能量耗散，并且是天文学和等离子体物理学的重要研究主题。由于直接观察在外太空中受到限制，因此目的是通过同时捕获局部信息和宏观行为来验证实验室中无碰撞冲击波的特征。这项研究旨在直接观察通过在实验室中产生的磁场约束的最高β值之间产生的无碰撞冲击波，并在其内部较大区域中产生的ββ高度超过100％，以比较和验证与碰撞势力和碰撞的磁性区域（100000 km）的无碰撞冲击波（100000 km）的无碰撞冲击。在2022财年，对设备进行了修改，以实现无碰撞区域的碰撞实验，并优化了操作条件。发现加速的浆液速度在很大程度上取决于最初的入射气压，并且已经建立了一种方法来控制温度和密度的范围，范围是速度的两倍以上。此外，在上述实验中，观察到无碰撞区域中的浆液碰撞，导致磁场结构被强烈干扰破坏，然后再次自动形成有序的磁场结构。这种现象是使用内部磁探针阵列直接测量的，而Rogoski探针阵列直至上一年。在2023财年，将监视和分析振荡及其时间演变的功率谱，并检查协调的自我形成机制。

项目成果

期刊论文数量（43）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of collision modes in the collisional merging process of FRC plasma

FRC等离子体碰撞合并过程中碰撞模式的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Someya;T. Asai;D. Kobayashi;T. Seki;T. Yamanaka;T. Watanabe;T. Takahashi;N. Mizuguchi
通讯作者：
N. Mizuguchi

Effects of Collision Velocity and Mirror Ratio on Collision/Merging Processes of Field-Reversed Configurations

碰撞速度和镜像比对场反转结构碰撞/合并过程的影响

DOI：
10.1585/pfr.17.2402056
发表时间：
2022
期刊：
Plasma and Fusion Research
影响因子：
0.8
作者：
Daisuke HARASHIMA;Tomohiko ASAI;Daichi KOBAYASHI;Taichi SEKI;Tatsuhiro WATANABE and Tsutomu TAKAHASHI
通讯作者：
Tatsuhiro WATANABE and Tsutomu TAKAHASHI

Improvement of Plasmoid Acceleration Performance by Increased Magnetic Pressure Gradient for High-Mach Number Shock Generation

通过增加磁压力梯度来提高等离子体加速性能以产生高马赫数激波

DOI：
10.1585/pfr.17.2402092
发表时间：
2022
期刊：
Plasma and Fusion Research
影响因子：
0.8
作者：
Taichi SEKI;Tomohiko ASAI;Daichi KOBAYASHI;Tatsuhiro WATANABE;Daisuke HARASHIMA;Yasuaki TAMURA;Hiroki SOMEYA;Tsutomu TAKAHASHI and Jordan MORELLI
通讯作者：
Tsutomu TAKAHASHI and Jordan MORELLI

Effect of Collision Axes Offset of the Plasmoid in the Collisional Merging Process of FRC Plasma

FRC等离子体碰撞合并过程中等离子体团碰撞轴偏移的影响

DOI：
10.1585/pfr.17.2402068
发表时间：
2022
期刊：
Plasma and Fusion Research
影响因子：
0.8
作者：
Hiroki SOMEYA;Tomohiko ASAI;Daichi KOBAYASHI;Taichi SEKI;Takuto YAMANAKA;Tatsuhiro WATANABE;Tsutomu TAKAHASHI and Naoki MIZUGUCHI
通讯作者：
Tsutomu TAKAHASHI and Naoki MIZUGUCHI

Development of Langmuir Probe Array for Radial Potential Profile Measurement in a Collisional Merging Formation FRC

开发用于碰撞合并地层 FRC 径向电位剖面测量的 Langmuir 探针阵列

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazuhisa Akashi;Yuka Iijima;Daichi Kobayashi;Tomohiko Asai;Jordan Morelli; and Thomas Roche
通讯作者：
and Thomas Roche

DOI：
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加速器とプラズマを用いた宇宙高速電波バースト現象への実験室的挑戦

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DOI：
发表时间：
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Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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通讯作者：
清紀弘

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发表时间：
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作者：
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通讯作者：
浅井朋彦

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发表时间：
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通讯作者：
廣瀬陽介，前原至祐，松井圭祐，関口純一，浅井朋彦，高橋努

磁場反転配位プラズマ形状計測へのコーシー条件面法の適用

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DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
菱田大暉;石渡淳平;小野直人;渡部慎太郎;関口純一;高橋努;浅井朋彦;小野直人，石渡淳平，菱田大暉，渡部慎太郎，関口純一，浅井朋彦，高橋努;廣瀬陽介，前原至祐，松井圭祐，関口純一，浅井朋彦，高橋努;渡部慎太郎，廣橋光始，小林大樹，蜂須賀拳，小野直人，関口純一，浅井朋彦，高橋努;星野啓雄，岩坂純平，関口純一，浅井朋彦，高橋努
通讯作者：
星野啓雄，岩坂純平，関口純一，浅井朋彦，高橋努