電流不安定性の非線形発展と重イオン粒子へのエネルギー輸送

电流不稳定性的非线性演化和能量转移到重离子粒子

• 批准号: 13780385
• 负责人: 樋田 美栄子
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780385/
• 关键词: 電流不安定性; 粒子加速; 粒子加熱; イオンサイクロトロン波; 非線形発展; 多種イオン; 太陽フレアー; ^3He過剰現象

電流不安定性の非線形発展とその効果を含めた重イオンへのエネルギー輸送を調べている。前年度の研究で、高速電子による強い電流は、Buneman波の電子捕捉によって電子の速度分布関数を急激に変形し、この変化を介して水素イオン(H)のサイクロトロン波を不安定化することを示した。本年度は、これらの結果を基に、太陽フレアーの^3He過剰現象における電流不安定性の役割を明らかにすることを目指した。3種のイオン(主成分のH、副成分の^4He、少数成分の^3He)を含むプラズマを対象とし、空間2次元・速度3次元の静電粒子コードを用いてシミュレーションを行った.そして、電流が十分に強ければω=2Ω_<3He>のHサイクロトロン波が大振幅に成長し、^3Heを選択的に加速することを示した。また、Hサイクロトロン波の分散関係について理論・数値解析を行った。その結果、水素温度を太陽コロナと等しく100eVとすると、1keV以上の高エネルギー電子ビームがあればω〜2Ω_<3He>の波が大振幅になり^3He粒子を選択的に加速し得ることが分かった.この解析結果は、^3He過剰現象には1〜100keVの高エネルギー電子ビームが伴うという観測結果と一致する。また、^3He粒子のエネルギーについても定量的な議論を行った。電流を担う電子のドリフト速度を大きくすると、ω=2Ω_<3He>の波は長波長に移行し^3He粒子の最高エネルギーは増加することを理論と粒子シミュレーションで示した.そして、電子の初期エネルギーが10keV程度であれば不安定性の非線形発展によって、MeVオーダーのエネルギーをもつ^3He粒子が多数生成されることをテスト粒子法を用いて示した。このエネルギーは、^3He過剰現象で観測されている^3Heのエネルギーと同じオーダーである。

Current unrest の nonlinear 発 exhibition と そ の unseen fruit contains を め た heavy イ オ ン へ の エ ネ ル ギ ー conveying を adjustable べ て い る. Before the annual の research で, high-speed electronic に よ る い current は, Buneman wave の electron capture に よ っ て electronic の velocity distribution number of masato を nasty shock に - し, こ の variations change を interface し て water element イ オ ン (H) の サ イ ク ロ ト ロ ン wave を stabilization す る こ と を shown し た. This year は, こ れ ら の results を に, sun フ レ ア ー の ^ 3 he had turning phenomenon に お け る current unrest の "を cut Ming ら か に す る こ と を refers し た. Three の イ オ ン (principal component の H, deputy composition の ^ 4 he, a few ingredients の ^ 3 he) contains を む プ ラ ズ マ を like と seaborne し, space speed of two yuan, three yuan の electrostatic particle コ ー ド を with い て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. そ し て, current が very strong に け れ ば omega = 2 Ω _ < 3 he > の H サ イ ク ロ ト ロ ン wave が large amplitude に Growth に, ^3Heを select 択 for に acceleration する た とを とを show た た. Youdaoplaceholder0, Hサ サ ロトロ ロトロ ロトロ サ wave <s:1> dispersion relation に った て て theory · numerical analysis を line った. そ の results, water temperature を sun コ ロ ナ と etc し く 100 ev と す る と, high more than 1 kev の エ ネ ル ギ ー electronic ビ ー ム が あ れ ば omega ~ 2 Ω _ < 3 he > の wave が large amplitude に な り ^ 3 he particle を sentaku に accelerate し better る こ と が points か っ た. こ は の analytic results, ^ 3 he turning phenomenon に は 1 ~ 100 kev The results of the <s:1> high エネ, ギ, ギ, ギ electrons ビ, ムが and うと, う観 are と consistent する. Youdaoplaceholder0, ^3He particle エネ エネ ギ また に に に て て な quantitative な discussion を line った. Current を bear う electronic の ド リ フ ト speed を big き く す る と, omega = 2 Ω _ < 3 he > の wave は long wavelength に transitional し ^ 3 he highest particle の エ ネ ル ギ ー は raised plus す る こ と を theory と particle シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で shown し た. そ し て, electronic の early エ ネ ル ギ ー が 10 kev degree で あ れ ば labile の nonlinear 発 exhibition に よ っ て, MeV オ ー ダ ー の エ ネ ル ギ ー を も つ ^ 3 he が most particles generated さ れ る こ と を テ ス ト を particle method with い て in し た. こ の エ ネ ル ギ ー は, ^ 3 he turning phenomenon で 観 measuring さ れ て い る ^ 3 he の エ ネ ル ギ ー と with じ オ ー ダ ー で あ る.

项目成果

A. Sugishima, M. Toida, Y. Ohsawa: "Simulation Studies of Buneman Instabilities in a Multi-Ion-Species Plasma"Journal of Plasma Fusion Research Series. 4(In press). (2002)

A. Sugishima、M. Toida、Y. Ohsawa：“多离子种类等离子体中 Buneman 不稳定性的模拟研究”等离子体聚变研究系列期刊。

M.Toida, H.Okumura: "Nonlinear development of current-driven instabilities and 3He rich events in solar flares"Journal of Physical Society Japan. 72・5(in press). (2003)

M.Toida、H.Okumura：“太阳耀斑中电流驱动不稳定性和 3He 丰富事件的非线性发展”日本物理学会杂志 72・5（印刷中）。

M. Toida, A. Sugishima: "Energy Transfer to Heavy Ions by Nonlinear Evolution of Current-Driven Instabilities in a Multi-Ion-Species Plasma"Journal of the Physical Society of Japan. 70:11. 3285-3290 (2001)

M. Toida、A. Sugishima：“通过多离子种类等离子体中电流驱动不稳定性的非线性演化将能量转移到重离子”日本物理学会杂志。

M.Toida, A.Sugishima, Y.Ohsawa: "Simulation studies of energy transfer to heavy ions by strong current-driven instabilities"Physics of plasmas. 9・6. 2541-2548 (2002)

M.Toida、A.Sugishima、Y.Ohsawa：“通过强电流驱动的不稳定性向重离子传输能量的模拟研究”9・6 等离子体物理。

M. Toida, A. Sugishima, Y. Ohsawa: "Nonlinear Evolution of Current-Driven Instabilities and Energy Transport to Heavy Ions"Journal of Plasma Fusion Research Series. 4(In press). (2002)

M. Toida、A. Sugishima、Y. Ohsawa：“电流驱动不稳定性的非线性演化和重离子的能量传输”等离子体聚变研究系列期刊。