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

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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。