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プラズマにおける渦運動の渦糸記述の三次元モデル

描述等离子体涡旋运动的涡线三维模型

基本信息

批准号：
06680452
负责人：
河野光雄
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06680452/
关键词：
プラズマ渦運動自己組織化

项目摘要

これまで磁場を横切るプラズマの輸送過程を担う渦運動として2次元的挙動のみに注目して来たが、渦の伸縮などの3次元効果を考慮すれば、縦波モードとの相互作用などが記述できて、より現実的な問題を取り扱えることになる。渦糸記述を3次元系に拡張し、その有効性を吟味することを目的に、以下の研究を行った。磁場方向に垂直に広がる2次元の渦シートを磁場方向に重ねて、シート間の相互作用を組み込んで3次元の離散力学系を構成する。Kono-Miyashita(Phys.Fluids.31(1988),326)で導かれた連続体に対する基礎方程式を、磁力線に垂直な方向に対しては渦糸を導入して離散化し、磁力線方向は連続体そのものを取り扱い、渦糸の伸縮や屈曲と併せて、音波の伝搬を記述するようにした。こうして得られた離散・連続のハイブリッドコードを用いて、磁力線方向の周期的境界条件のもとで、長い円筒状のプラズマについて計算機シミュレーションを行った。初期にランダムに置かれた渦は、相互作用によって、大きな渦に融合されていく、いわゆる逆カスケード現象を示し、併せて磁力線方向に揺動が伝搬していく様子が得られた。揺動の伝搬の速度からイオン音波であることが確かめられたが、安定系であるため、大きな振幅にまで成長することがなく、磁力線に垂直方向の渦運動に有為な影響がみられなかった。もともと、渦が励起されるようなシステムはドリフト波にたいして不安定な系であるが、渦糸の導入によってシステムの不安定性を取り除いてしまったことの結果で、モデルの不十分さを示している。とはいえ、磁力線方向の渦のねじれや伸縮等は記述されており、現実の系のプラズマの挙動の再現への一歩を踏み出したものといえる。今後は、不安定な系へ拡張することによって、自己組織化と乱流化過程の関わり方を調べることが大事である。

The transport process of the magnetic field across the surface is closely related to the vortex motion and the 2D motion. The 3D effects of the expansion and contraction of the vortex are considered. The interaction between the vortex and the surface can be described, so that practical problems can be solved. The following is a description of the three-dimensional system. The interaction between the two dimensional vortices in the vertical direction of the magnetic field and the three dimensional discrete mechanical system is composed. Kono-Miyashita(Phys.Fluids.31(1988), 326) describes the fundamental equations for the coupling, the introduction of vortices in the vertical direction of the magnetic field, the discretization of the coupling, the expansion and contraction of vortices, and the propagation of sound waves. In this case, the boundary conditions of the magnetic line direction and the length of the magnetic line direction are determined. In the early stage, the vortex is placed in the middle of the vortex, the interaction is formed, the vortex is merged, and the phenomenon of reverse rotation is displayed, and the magnetic line direction is changed. The velocity of the moving wave is different from that of the stationary wave, and the amplitude of the moving wave is different from that of the stationary wave. The instability of the system due to the introduction of vortices into the system is eliminated and the result is that the system is unstable. The direction of the magnetic field is described in detail. In the future, instability and turbulence will be regulated.