Study of ion acceleration by hybrid particle-Vlasov simulation

混合粒子-Vlasov模拟的离子加速研究

• 批准号: 20K04056
• 负责人: 簑島 敬
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04056/
• 关键词: プラズマ粒子シミュレーション; ブラソフシミュレーション; 磁気リコネクション; 無衝突衝撃波; イオン音波不安定; 宇宙プラズマ; イオン加速; 粒子シミュレーション

本研究は、宇宙プラズマにおける高エネルギーイオン加速問題に取り組むために、質量が軽く熱い電子の速度分布は連続体として、重くて冷たいイオンは粒子として扱い、大規模第一原理プラズマシミュレーションを実現する新しい数値計算手法を開発する。そして太陽地球圏のイオン加速現場である無衝突衝撃波や磁気リコネクションを想定した数値計算を実行して、これらの現象におけるイオン加速機構を明らかにすることが目的である。令和四年度は、これまで開発してきた数値計算コードに関する論文の執筆、本計算コード特有の技術的課題に対する解決手法の開発、及びプロダクトランを行った。本計算コードで扱っている電子速度分布関数を連続体として解くブラソフコードでは、強い粒子加速や加熱が起きると、粒子が有限速度空間から失われて、質量・エネルギー保存に悪影響を及ぼすことがある。この問題を解決する直接的な手法は速度空間を広げることだが、単純に広げるだけでは計算規模がその3乗で増えてしまうため極めて非効率的である。そこで、広い速度空間を確保しつつ計算コストを抑える手法を開発し、問題が改善されることを確認した。この手法を実装した二次元ブラソフシミュレーションコードを新たに開発し、磁気リコネクションの数値実験を実施した。この計算では特に衝突の有無がリコネクションの非線形発展に及ぼす影響を調べた。衝突が無い場合は、電流層で加速された粒子の非等方圧力が強いリコネクション電場を支えている一方で、衝突がある場合は、流体の慣性力が同程度のリコネクション電場を維持することが示唆された。計算結果を引き続き解析中である。

This paper presents a new method for calculating the velocity distribution of hot and cold electrons in the universe. The calculation of the numerical value of the magnetic field is carried out in the case of the solar field acceleration mechanism. In the fourth year of this year, the development of digital computing technology was carried out, and the development of solutions to the problems unique to this computing technology was carried out The calculation results show that the electron velocity distribution is related to particle acceleration, particle heating, particle loss in finite velocity space, and mass preservation. The direct solution to this problem is to calculate the size of the speed space, the speed space, and the speed space. To ensure that the speed of space, calculation, suppression, method, development, problem, improvement, confirmation This method is implemented in a two-dimensional way, and the number of magnetic fields is implemented in a new way These calculations are based on the presence or absence of special conflicts and non-linear developments and effects. In the absence of conflict, the current layer accelerates the particles, and the unequal pressure forces are strong. In the absence of conflict, the imaginary forces of the fluid are strong. In the absence of conflict, the electric field is maintained. The calculation results are quoted in the analysis.

项目成果

PIC-ブラソフ混成シミュレーション

PIC-Vlasov 混合仿真

• 发表时间: 2021
• 作者: Nishino M. N.;Hasegawa H.;Saito Y.;Kitamura N.;Miyashita Y.;Nagai T.;Yokota S.;Russell C. T.;Gershman D. J.;Giles B. L.;簑島敬
• 通讯作者: 簑島敬

Hybridized PIC-Vlasov Simulation toward Ion Acceleration

离子加速的混合 PIC-Vlasov 模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: Iino Takahiro;Taniguchi Kotomi;Sagawa Hideo;Tsukagoshi Takashi;簑島敬
• 通讯作者: 簑島敬