大振幅磁気流体波による重イオンの加速

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多種類のイオンが存在するプラズマ中の磁気音波は、1種類イオンプラズマではみられない様々な性質を示す。例えば、2種類のイオンと電子らかなるプラズマ中の磁気音波の線形分散関係は、低周波モードと高周波モードに分裂する。低周波モードは長波長の極限で周波数が0であり、イオンイオン混成共鳴周波数で共鳴する。高周波モードは、イオンサイクロトロン周波数のオーダーのカットオフ周波数をもち、低域混成周波数で共鳴する。それらの2つのモードの非線形の振る舞いはどちらもKdV方程式で記述される。宇宙プラズマと同様の主成分を軽イオン、副成分を重イオンとするプラズマでは、高周波と低周波の孤立波型のパルスは、いづれも重イオンにエネルギーを与え得る。このエネルギー散逸機構によって、磁気音波パルスが減衰することを理論と3流体モデルに基づくシミュレーションによって明らかにした。減衰はプラズマが無衝突で、パルスの伝播方向が磁場に直角方向の場合でも起こる。高周波モードのパルスについては、これまで、重イオンの加速の強さ、減衰率等を定量的に求めていた。今年度はさらにシミュレーションを重ね、それらの理論がシミュレーション結果と一致することを確認した。低周波については、孤立波中の重イオン粒子の運動を理論的に解析し、重イオン粒子がパルスを通過する際に、エネルギーを得ることを明らかにした。さらに、シミュレーションを行なって、重イオンへのエネルギー輸送と低周波パルスの減衰を示した。以上の成果について、2つの論文を発表した。