開放系プラズマモデルによる静電孤立波の計算機実験

使用开放系统等离子体模型的静电孤立波计算机实验

• 批准号: 01J03821
• 负责人: 梅田 隆行
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J03821/
• 关键词: 静電孤立波; 計算機実験; 電子ビーム不安定性; プラズマ物理; 粒子コード; 開放境界; ブラゾフコード

本年度の研究によって得られた以下の成果を国内・国際会議および学会誌に論文発表をしたとともに、膨大なデータの保存のためにハードディスク等を購入した。1.二次元及び、三次元電磁粒子コードにおいて、電流密度の計算を従来の方法より高速に行う計算アルゴリズムを開発し、コンピュータ科学雑誌に発表した。この手法を用いて、数値的熱雑音がより少なく計算効率の良い三次元電磁粒子コードを新たに開発した。2.従来電磁界を無視した静電粒子コードを用いて行われていた電子ビーム不安定性の計算機実験を、世界に先駆けて電磁粒子モデルへ拡張した。背景磁場と二次元構造を持つ静電孤立波の磁場に垂直な電界を受けて電子がE×Bドリフトすることにより二次元静電孤立波の垂直方向の端において電流が生じ、二次元静電孤立波の周辺に電磁界が励起することを明らかにした。また、計算機実験結果がオーロラ領域で観測されている静電孤立波に伴った電磁界成分の特性とよく一致していることを示した。さらに、孤立した静電ポテンシャル内において形成された電流構造が電磁波の放射源となり得るという新しい物理過程について明らかにした。これは、従来の電子ビームや連続的な波動からの直接的な電磁放射とは全く異なる物理過程であり、宇宙プラズマ物理のみならず、実験室プラズマや天体プラズマへの適応が可能な新たな電磁放射過程である。この成果を、2件の国内会議、国際測地学・地球物理学連合会札幌大会及びアメリカ地球物理学連合秋大会において研究発表を行い、論文としてJGR誌に発表した。また、上記の最新の結果を含む静電孤立波の国内外の研究に関して、実験室及び宇宙空間におけるプラズマ実験に関する国際研究集会において招待講演を行った。

This year's research results include the following: 1. A new method for calculating the current density of two-dimensional and three-dimensional electromagnetic particles has been developed. This method is used to calculate the efficiency of three-dimensional electromagnetic particles. 2. In the future, the electromagnetic field will ignore the electrostatic particles in the computer, and the electromagnetic particles in the computer will be expanded in the world. Background magnetic field, two-dimensional structure, electrostatic solitary wave, magnetic field, vertical electric field, electron field, electron field. The results of computer simulation show that the solitary-electric field is characterized by a uniform electromagnetic field. In addition, in the process of isolation, electrostatic particles are formed in the interior of the body, and current structures are formed in the interior of the body. The radiation sources of electromagnetic waves are generated in the interior of the body. The ratio of electrons to electrons is different from that of direct electromagnetic radiation. The universe is different from that of direct electromagnetic radiation. The results of this research were presented at two national conferences, the International Geodetic and Geophysical Union Sapporo Conference, and the International Geophysical Union Autumn Conference. The latest results of the above report were presented at the International Research Conference on Electrostatic Solitary Waves at home and abroad, in the laboratory and in outer space.

项目成果

T.Umeda, Y.Omura, H.Matsumoto, H.Usui: "Formation of electrostatic solitary waves in space plasmas : Particle simulations with open boundary conditions"Journal of Geophysical Research. 107・A12. doi:10.1029/2001JA000286 (2002)

T.Umeda、Y.Omura、H.Matsumoto、H.Usui：“空间等离子体中静电孤立波的形成：开放边界条件下的粒子模拟”地球物理研究杂志 107・A12 doi：10.1029/2001JA000286（2002）。

Y.Omura., W.J.Heikkila, T.Umeda., K.Ninomiya, H.Matsumoto: "Particle simulation of plasma response to an applied electric field parallel to magnetic field lines"Journal of Geophysical Research. 108・A5. 2002JA009573 (2003)

Y.Omura.、W.J.Heikkila、T.Umeda.、K.Ninomiya、H.Matsumoto：“与磁场线平行的施加电场的粒子模拟”地球物理研究杂志 108・A5（2003）。 ）

T.Umeda., Y.Omura., H.Matsumoto: "Two-dimensional particle simulation of electromagnetic field signature associated with electrostatic solitary waves"Journal of Geophysical Research. 109・A2. 2003JA010000 (2004)

T.Umeda.、Y.Omura.、H.Matsumoto：“与静电孤立波相关的电磁场特征的二维粒子模拟”地球物理研究杂志 109・A2（2004）。

T.Umeda, Y.Omura, T.Tominaga, H.Matsumoto: "A new charge conservation method in electromagnetic particle-in-cell simulations."Computer Physics Communications. 156・1. 73-85 (2003)

T.Umeda、Y.Omura、T.Tominaga、H.Matsumoto：“细胞内电磁粒子模拟中的一种新电荷守恒方法”。计算机物理通信 156・1（2003 年）。

Y.Omura., T.Umeda., H.Matsumoto: "Simulation of electron beam instabilities and nonlinear potential structures"Space Plasma Physics. 79-92 (2003)

Y.Omura.、T.Umeda.、H.Matsumoto：“电子束不稳定性和非线性势结构的模拟”空间等离子体物理。