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粒子シミュレーションによる相対論的電子ビームのビ-ト波加速の研究

相对论性电子束拍波加速的粒子模拟研究

基本信息

批准号：
08780453
负责人：
前原常弘
金额：
$ 0.38万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

ビ-ト波によるプラズマ中の電子の加速と加熱は次世代の粒子加速器に関連していることのみならず、核融合の研究にもかかわる重要なテーマである。これらの一つとして非線形ランダウ減衰による粒子加速があげられ、理論的研究^<1)>により次の場合に電子加速が効率よくおこることがわかっている。(1)2つの電磁波が電子ビームを伴う冷たいプラズマ中に入射されている。それらの角周波数、波数ベクトル、電場の強さは(ω_κ,k,E_κ)と(ω_<κ'>,k',E_<κ'>)とする。(2)ビームの平均速度をv_bとするとき共鳴条件ω_κ-ω_<κ'>-(k-k′)・v_b【similar or equal】0を満たす。(3)ビ-ト波の角周波数ω_<κ">=ω_κ-ω_<κ'>はプラズマ角周波数ω_<pe>にきわめて近い。文献1)によれば波動方程式は(∂U_K)/(∂t)=-w_kA_<k,k′>U_kU_<k′>,(∂U_<k′>)/(∂t)=w_<k′>A_<k,k′>U_kU_<k′>,で与えられる。ここで、U_κ,U_<κ'>は2つの波のエネルギーである。この式を数値計算により解けばビ-ト波の電場の大きさE_<κ">を得ることができる。このとき、様々な初期条件のテスト粒子に関して運動方程式mdv/dt=-eE_<κ">を解いてその振るまいを調べた。その結果、入射された2つの波の振幅が十分大きい場合ビーム電子の一部は〜2mγ^2_pc^2まで加速されることが明らかになった^2)。ここで、γ_pはビ-ト波の相対論パラメータである。さらに、いわゆるcloud-in-cellのシミュレーションコードの開発を行なったが、現時点で報告すべき結果を出すに至っていない。最近、これらのビ-ト波加速ではストークスモードによるカスケード型の非線形ランダウ減衰においてさらに効率のよい加速がおこることが示されており^3)、シミュレーションによる研究の必要性が高まっている。1)R.Sugaya,Phys.Plasma 1(1994)27682)T.Maehara,et al.,Proc.Int.Conf.on Plasma Physics in Nagoya(1996)3)R.Sugaya,et al.Phys.plasma 3(1996)3485

The acceleration and heating of electrons in nuclear fusion are important for the next generation of particle accelerators. A theoretical study of particle acceleration ^<1)> in various cases. (1)2 Electromagnetic waves are emitted from the electron beam. The number of angular cycles, the number of waves, and the intensity of electric field are (ω_κ,k,E_κ) and (ω_<κ'>, k', E_<κ'>). (2)The resonance condition ω_κ-ω_<κ'>-(k-k′)·v_b [similar or equal] 0 (3)Number of angular cycles ω_<κ">=ω_κ-ω_<κ'<pe>> Reference 1) ratio equation (U_K)/(t)=-w_kA_<k,k′>U_kU_<k′>,(U_<k′>)/(t)=w_<k′>A_<k,k′>U_kU_<k′>, and.ここで、U_κ,U_<κ'>は2つの波のエネルギーである。The equation is used to calculate the magnitude of the electric field. The equation of motion mdv/dt=-eE_<κ"> is solved by adjusting the initial condition of the particle. As a result, the amplitude of the incident wave is very large. In some cases, part of the electrons is accelerated by ~ 2mγ^2_pc^2.ここで、γ_pはビ-ト波の相対论パラメータである。The cloud-in-cell system was developed and the results reported. Recently, the need for research on the acceleration of wave propagation has become increasingly urgent. 1)R.Sugaya,Phys.Plasma 1(1994)27682)T.Maehara,et al., Proc.Int.Conf.on Plasma Physics in Nagoya(1996)3)R.Sugaya,et al.Phys.plasma 3(1996)3485