無衝突プラズマにおける自己組織化と磁気リコネクション

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複雑性プラズマにおける構造形成や自己組織化のような多数の構成要素が複雑に絡まり合って発生する非線形現象には、その現象の構成する要素の支配法則が異なっていても共通する新しい物理像を示すことがある。本研究では、無衝突磁気リコネクションが支配する磁化プラズマの自己組織化現象をその典型例としてとりあげ、無衝突プラズマから成る開放系での構造遷移過程および速いリコネクション過程を支配する機構の解明に関する研究を行い、次にあげる3項目の成果を挙げた。1.ラグランジュアン流体法を用いた磁気音波の非線形発展:これは、磁気リコネクションの数値解析に用いられている平衡配位に関する研究である。これまでの多くの研究では、容易に解析解が得られるという利点から、一様速度を持つ平衡配位を用いているが、粒子シミュレーションで観測されるように、磁気リコネクションが誘起するまでの系の力学発展により初期の一様速度分布を持つ平衡分布が変形される。この研究は、1次元ラグランジュアン流体法を用いて、平衡分布の力学発展を解析的に解いたものであり、数値シミュレーションにとって有用な解となっている。2.2次元平衡における運動論的アルベン波の第2次励起:初期に不安定であった波、たとえば、低域混在ドリフト波の非線形飽和の結果、楕円形状を持った2次元渦流が生み出される。一旦この渦流が実現するとその運動により2次的に運動論的アルベン波が励起され、さらに、この波の非線形発展により、電流層の中に乱流状態が実現する。この研究では、この波による乱流スペクトルのカスケード等の現象も解析した。3.電子磁気流体領域における自己組織化:この研究は、シェアー流の存在する系での電子慣性を通じて発生した交換不安定性を扱ったものである。シェアー流の存在は、境界領域でのミクロ不安定性を安定化して、プラズマ閉じ込めを劣化させる輸送を抑える役目をする。ここでは、特に、低ベータ領域で励起するイオン慣性に依存した交換不安定性と高ベータ領域で発生する電子慣性に依存した交換不安定性の関係を、径電場(静電場)とその結果としての渦流の観点より解析した。