粒子運動論的効果を考慮した自己組織化モデリング

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プラズマにおける自己組織化のシミュレーション研究が、近年、系統だって行われるようになってきた。しかし、その多くは、巨視的観点からプラズマを取り扱おうとする磁気流体的側面からの研究である。本研究では、粒子運動論的効果を考慮した大規模粒子シミュレーションを行うことによって、微視的観点から、自己組織化の新しいモデルを構築していくことを目的とする。この研究では、核融合と宇宙にまたがる広範なプラズマを取り扱う。具体的には、宇宙プラズマにおいていまだ解明されていない、磁力線に沿って電流が流れ込む場合の電気二重層の形成・維持機構について研究を行う。シミュレーション・モデルとして、プラズマ定電流源(平均流速<電子熱速度)につながれた1次元静電・開放系を考える。イオン音波不安定性により励起された最初の√型階段状構造が、2度にわたり崩壊・再構築過程を繰り返し、2度目の再構築過程において、ポテンシャル・バリアによって反射された低速電子群と、逆に加速された高速粒子群とが引き起こす変型されたtow stream不安定性が発生し、入力電子流により予想される電位差をはるかに越える電位差を持つポテンシャルと考えられる不安定性によりジャイアント・ダブルレイヤを形成し、電子が熱速度の5倍以上に加速されることを見いだした。この他、入力電流量に対する依存性についても調べ、電子の平均流速が電子熱速度に対して0.4倍以上の流速を持つと、イオン音波不安定性から変形two stream不安定性への遷移が起こることを確かめた。ただし、本研究の期間内では、秩序パラメータの同定には至らなかった。