波動粒子相互作用の効果を取り入れた無衝突プラズマの新しい流体モデルの研究

考虑波粒相互作用效应的无碰撞等离子体新流体模型研究

基本信息

批准号：
22KJ1063
负责人：
寺境太樹
金额：
$ 1.6万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1063/
关键词：
無衝突プラズマ運動論数値計算

项目摘要

本研究は無衝突プラズマの新しい物理モデルを開発するものである。既存のモデルは流体モデルと運動論モデルに大別される。流体モデルはガスの密度、流体速度、圧力などを計算し、計算量が比較的少なく、結果の解釈もしやすいという利点があるが、無衝突プラズマの運動論効果を記述することができない。運動論モデルは速度空間分布関数の時間発展を計算するため、無衝突プラズマのほとんどの物理を含むが、計算量が大きく、現代のスーパーコンピュータを用いても3次元のマクロな系のシミュレーションは困難である。そこで、運動論効果のうち、影響の大きなものだけを流体ベースのモデルに近似的に取り入れたモデルの研究を進めている。先行研究のプラズマ中の縦波と粒子の共鳴を取り入れた流体モデルを拡張し、横波と粒子の共鳴を取り入れたモデルを構築し、1次元のシミュレーションコードを開発した。それらの成果を学会等で発表した。また、天体衝撃波における運動論効果の研究を行い、具体的な系で運動論で記述されるミクロな物理が、流体モデルがしば用いられるようなマクロなスケールにどう影響を与えるかを調べている。今後は、運動論効果を取り入れた流体モデルをより拡張し、3次元の大規模シミュレーションに適応することを目指す。本研究はプラズマ物理の基礎研究であり、宇宙、核融合、レーザー、などの分野の未解決問題の解決を目指す。また、機械学習や並列計算など計算科学の技術も取り入れて研究を進める。

这项研究开发了一种新的无冲突等离子体物理模型。现有模型可以大致分为流体模型和动力学模型。流体模型的优点是它计算出气体密度，流体速度，压力等，并且相对较小地解释结果，但无法描述无碰撞等离子体的动力学效应。由于动力学模型计算了速度空间分布函数的时间演变，因此它们包括大多数无碰撞血浆物理学，但是它们具有大量的计算，因此即使使用现代超级计算机，也很难模拟三维宏系统。因此，我们正在对仅将最有影响力的动力学效应纳入基于流体的模型中的模型进行研究。我们扩展了流体模型，该模型在先前的研究中融合了血浆中的纵向波和颗粒，并构建了一个结合横波和颗粒的模型，并制定了一维模拟代码。结果在学术会议和其他组织中介绍。他还研究了天文休克波的动力学作用，并研究了混凝土系统中动力学理论中描述的微物理学如何影响流体模型经常使用的宏观尺度。将来，我们旨在进一步扩展融合动力学效应并适应大规模三维模拟的流体模型。这项研究是对等离子体物理学的基本研究，旨在解决空间，核融合，激光等领域的未解决问题。此外，将通过结合计算科学技术（例如机器学习和并行计算）来进行研究。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Role of magnetized electrons in Weibel-dominated collisionless shocks

磁化电子在韦贝尔主导的无碰撞激波中的作用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
寺境太樹; 天野孝伸
通讯作者：
天野孝伸

背景磁場がある場合のWeibel不安定性のPICシミュレーション

存在背景磁场时 Weibel 不稳定性的 PIC 模拟

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
寺境太樹;天野孝伸;松本洋介
通讯作者：
松本洋介

The role of finite background magnetic field for Weibel instability at collisionless shocks

有限背景磁场对无碰撞冲击韦贝尔不稳定性的作用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuichiro Mori;Hiroyuki Kagi;Katsutoshi Aoki;Sho Kakizawa;Yuji Higo;Yoshinori Tange;Asami Sano-Furukawa;Takanori Hattori;T. Jikei and T. Amano;T. Jikei
通讯作者：
T. Jikei

Fluid modeling of collisionless plasmas with a non-local kinetic closure

具有非局部动力学闭合的无碰撞等离子体的流体建模