電子・陽電子プラズマ中大振幅アルフヴェン波動の崩壊不安定性の計算機シミュレーション

正负电子等离子体中大振幅阿尔文波塌缩不稳定性的计算机模拟

基本信息

批准号：
04F03208
负责人：
羽田亨
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

電子・陽電子プラズマ中の大振幅アルフヴェン波動の崩壊不安定性は、非線形物理過程として非常に興味深い研究対象であるのみならず、天体物理の諸現象、特に磁気流体乱流の生成、宇宙線の加速などに密接に関わる重要な研究課題である。本研究では天体物理学への応用を念頭に、これまで行われていない相対論的アルフヴェン波動の崩壊不安定性の非線形発展過程を計算機シミュレーションにより解析することにより、相対論的アルフヴェン波動の分散関係(平行伝播、斜め伝播の場合について)を求め、またアルフヴェン波のパラメトリック不安定性の理論的計算、崩壊不安定性および自己変調不安定性の長時間発展、さらにこれらに伴う粒子加速・加熱について研究した。1.大振幅アルフヴェン波動の分散関係を、相対論的効果を取り入れた上で厳密に求めた。得られた解は、計算機実験の初期値として用いることができるものである。また、波動の伝播方向が背景磁場に対して斜めである場合について、シューティング法により数値的に解を求めた。斜め伝播の場合には、線形波動の場合と同様に分散関係の縮退が解け、アルフヴェン波動、光波のいずれに対しても2本の分散曲線が得られた。2.平行伝播の有限振幅アルフヴェン波を親波とする場合のパラメトリック不安定性を、相対論的効果を厳密にとりいれたうえで理論的に解析した。非相対論的な場合と異なり、波動の振幅が大きくなるにつれ、崩壊不安定性よりも自己変調不安定性の成長率が大きくなる傾向がある。これは、粒子コードを用いた計算機実験の結果とよく一致する。3.1次元電磁粒子コードを用いた計算機実験により、有限振幅相対論的アルフヴェン波動の長時間発展を求めた。親波の振幅が比較的小さい場合には、崩壊不安定性が卓越するが、親波の振幅が大きい場合には、新しい自己変調型の不安定性が卓越することがわかった。この不安定性にともない、主として磁力線に垂直方向に、著しい粒子加速が実現することを見出した。4.沿磁力線方向には運動論的、磁力線に垂直方向には流体的な枠組みを用いて、相対論的アルフヴェン波のパラメトリック不安定性を解析する手法を確立した。

大振幅Alfven在电子和正电子等离子体中的振动的崩溃不稳定不仅是一个非常有趣的研究主题，作为非线性物理过程，而且是一个重要的研究主题，它与天体物理学现象密切相关，尤其是磁性流体的现象，尤其是磁性流体的产生和宇宙射线的加速。在这项研究中，考虑到天体物理学的应用，我们分析了相对论alfven波的衰减不稳定性的非线性进化过程，在使用计算机模拟来确定分散性关系（对于平行和倾斜的繁殖案例）的分散性关系（对于相对论的Alfven Waves），以及参数的纵向稳定性的临时定位，这些分散性关系（用于平行和倾斜的繁殖案例），并研究了参数的纵向。自调节不稳定性以及相关的粒子加速度和加热。 1。严格考虑了相对论效应，严格确定了大振幅Alfven振动的分散关系。所得解决方案可以用作计算机实验的初始值。此外，当波的传播方向倾斜到背景磁场时，使用射击方法确定数值溶液。在倾斜繁殖的情况下，分散关系的退化以与线性波相同的方式解析，并且对于Alfven的振动和光波，都获得了两个分散曲线。 2.参数不稳定性在理论上分析时，将平行传播的有限振幅Alfven波用作父波时，严格采用了相对论效应。与非同性主义的情况不同，随着振动的幅度增加，自调节不稳定性的增长速度倾向于增加而不是衰减不稳定。这与使用粒子代码的计算机实验结果非常吻合。 3。使用一维电磁粒子代码的计算机实验来确定有限振幅相对论Alfven波的长期发展。已经发现，当父波的振幅相对较小时，塌陷不稳定是主要的，而父波的振幅很大，新的自调节不稳定性主要是主导。在这种不稳定的情况下，我们发现明显的颗粒加速度主要是在垂直于磁场线的方向上实现的。 4。我们已经建立了一种方法，用于分析相对论的Alfven波的参数不稳定性，使用磁场线方向沿磁场线的方向和流体框架沿垂直于磁场线的方向上进行流体框架。