プラズマ流の自己組織化に関する理論・シミュレーション研究

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プラズマ中において流れは普遍的に存在し、磁場とカップルすることにより興味深い構造を作り出す。本年度は、昨年度開発した圧縮性HallMHDシミュレーションコードを用いて、外部からのE×B流によって駆動される磁気リコネクション現象をとりあげ、解析を行った。高速磁気リコネクションを説明するモデルには、マクロな階層(流体)とミクロな階層(粒子)のカップリングを記述する中間領域が必要であり、二流体MHDモデルにおいては、Hall項による特異摂動効果によって、このような中間領域の構造が説明される。粒子運動の効果によるカオス抵抗を、非一様な電気抵抗としてHall-MHD方程式に組み込み、Hall項、カオス抵抗の効果を検証した結果、カオス抵抗を含まないモデルにおいては、電流シートが形成されるのに対し、カオス抵抗を含むモデルにおいては、X型の構造が形成されるという結果が得られた。Hall効果のみを含むモデルにおいてはこのような構造の変化は起こらず、Hall効果とカオス抵抗の協調効果によってX型の構造が形成される。(なお、Hall効果を含まないMHDモデルにカオス抵抗を[形式的に]組み込んでも、X型への構造変化は起こらない。)このとき磁気リコネクションレートは、電流シート構造のレートと比して非常に大きくなる。また、電気抵抗が時間的に変動するのに伴って、磁気リコネクションレートが間歇的に非常に大きくなる様子が見られる。これらの結果を、以下の会議において口頭発表を行った。・物理学会2004年秋季大会・プラズマ・核融合学会 第21回年会シンポジウム「核融合プラズマシミュレーションの進展」・第9回シミュレーション・サイエンス・シンポジウム&平成16年度核融合科学研究所共同研究「大型シミュレーション研究」合同研究会