MHD平衡解の分岐遷移過程に現れる電流シートの構造安定性

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磁気閉じ込め核融合炉心や太陽コロナのような高磁気レイノルズ数、低プラズマβにあるプラズマシステムにおいては、短時間に大規模なエネルギーが突然解放される現象がしばしば観測される。本研究においてはこうした突発的なエネルギー解放現象をMHD平衡解の遷移過程として捉えた上で、この遷移過程に現れる電流シートの安定性と平衡遷移過程との関係を数値シミュレーションをもとに調べた。特に、太陽フレアを念頭におき、太陽コロナ磁気ループ不安定性の結果として形成される電流シートの安定性を詳しく調べた。その結果、磁気レイノルズ数の平方根に比例して電流シートのアスペクト比A(=長さ/幅)は増加するが、Aが10^2に達すると、電流シートはテアリング不安定性に対して不安定になることが明らかにされた。その結果、電流シートの中に複数のX点(磁気中性点)が出現し、磁気島が形成されるフェーズと、磁気島が電流シートに沿って排出されるフェーズが交互に現れることが分かった。電流シートの不安定性の成長率は電流シート形成の原因である磁気ループ不安定の成長率よりも大きい。それ故、電流シートの不安定化はシステムの不安定化を促進し、不安定性は指数関数よりも早く爆発的に成長することが明らかにされた。こうした爆発的不安定は磁気レイノルズ数が10^4よりも小さな時には生じないことから、高温プラズマに特徴的な現象であると考えられる。上記の数値シミュレーションの結果は、太陽フレアにおけるX線観測結果と非常によい形状的一致を示しており、太陽フレアの重要な物理機構を捉えていると思われる。また、これらの結果はトカマクの鋸歯状振動に関するKadmtsevのスケーリングが高磁気レイノルズ数領域では成り立たないことを示唆するものである。