相対論的プラズマ流によるエネルギー変換過程

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2次元粒子コードを用いたコンピュータシミュレーションにより、対向するペアプラズマ流による磁場と静電衝撃波の生成を研究した。ガンマ線バーストの残光の観測に必要不可欠とされる背景の磁場がどうやってできるか、そしてその磁場が消えずに残るかどうかについて焦点をあてる。初期に光速の50%の速度で対向するプラズマ流を考え、対向するプラズマ流不安定の線形および非線形段階の物理過程を追跡した。まず、対向プラズマ流不安定の線形段階では、スキンデプス程度の磁場が形成されることはよく知られている。これはプラズマ中の温度異方性から生じるWeibel不安定によく似ている。シミュレーション結果から求められる不安定の線形成長率が理論値とよく一致することを確かめた。次に、非線形段階では、生成された磁場がお互い合体を繰り返して、初期のプラズマ流の半分の速度で伝播する。初期のプラズマ流のエネルギーの数%程度が磁場のエネルギーに変換され、その磁場は散逸せずに残ることが分かった。他方、プラズマ流の先端では静電衝撃波が作られ、粒子がこの衝撃波によりさらに光速の90%程度まで加速されていることも分かった。以上の研究結果はPHYSICS OF PLASMAS 10, 392 (2003)に掲載された。購入した設備備品でデスクトップパソコン、マウス、液晶ディスプレイはシミュレーションのデータを効率良く解析するのに役立てられた。またデータの交換にフラッシュメモリ、保存に外付けハードディスクやCD-RWメディアを使用した。またソフトウェアは原稿作成や発表に使用されている。