運動論的アルフベン波による粒子加速と電流生成のマクロスケ-ル粒子シミュレ-ション

点击翻译按钮获取中文摘要

「低周波」電磁波の印加により運動論的アルフベン波を励起した際、プラズマ加熱のみでなく電流駆動も効率的に行える、ということが解析理論家により提唱されてきた。一方筆者らの、磁気流体波のスケ-ルで運動論現象が扱える「マクロスケ-ル粒子シミュレ-ション」では、励起された運動論的アルフベン波とのランダウ共鳴加速により、かなりの大きさの電子電流が生じたが、波動のタイム・スケ-ルではイオンも同方向に加速を受けるため、正味の電流は得られなかった(Phy,Fluids,BL,332(1989))。この食い違いは、前者の解析理論が「イオン」運動を考慮していないためと筆者は考えたが、一方で、後者のシミュレ-ション研究で用いた2次元・壁-周期系モデル全電流をゼロとする境界条件を課していないかとの反論が解析理論家によりなされた。この点を明かにするため、今年度は境界条件の影響を受けない(境界が無い!)2次元周期-周期系モデルのマクロスケ-ル粒子コ-ドを用いた。さらに、以前の同モデルによるシミュレ-ションでは、電磁誘導で生じる帰還電流が(0,0)モ-ドゆえに扱えなかった点を反省し、今回は系の半分の領域(以下、波領域と呼ぶ)にのみ、運動論的アルフベン波を励起(印加)した。その結果、波領域を中心に電子電流が生成されたが、それにやや遅れてイオンが加速されて、波動周期の時間スケ-ルでは、ほぼ電子電流をキャンセルし「正味」電流をゼロとする、イオン帰還電流が波領域を中心に形成された。これは、筆者らの主張を支持する結果である。上記の結果を実際の電流駆動にあてはめると、「低周波」電磁波である運動論的アルフベン波を用いる今の場合、帰還電流は主として質量の大きいイオンにより担われているため、モ-メンタムの散逸は遅く、電流駆動の公率は格段に低くなると考えられる。