Multi-hierarchy simulation studies of magnetic reconnection phenomena

磁重联现象的多层次模拟研究

• 批准号: 18340188
• 负责人: HORIUCHI Ritoku
• 金额: $ 9.48万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18340188/
• 关键词: 宇宙; 天体プラズマ; プラズマ物理; 数値シミュレーション; 磁気リコネクション; 地球磁気圏; 連結階層モデル; 異常抵抗; 粒子運動論効果; エネルギー解放

本研究課題では、「連結階層シミュレーション」モデルと呼ばれるミクロ階層の物理とマクロ階層の物理をつなぐ数値シミュレーションモデルを開発することにより、階層横断現象である磁気リコネクションの解明を目指した研究を実施し、以下の研究成果を上げた。無衝突プラズマ中で磁気リコネクションを誘発するミクロ階層における異常電気抵抗の発生機構として、磁気中性線近傍の有限振幅を持ったストカスティックな粒子運動(メアンダリング運動)に起因するもの、および磁気中性線での非等方なイオン速度分布の形成に伴うプラズマ不安定性に起因するものの2種類の物理機構が存在することを明らかにした。また、駆動源が存在する場合、非常に大きな面内静電場が発生し、この静電力とローレンツ力が釣り合った新しい平衡状態へ移行することも明らかにした。地球磁気圏プラズマを対象としたマクロ階層の物理の解析として、太陽風リアルタイムデータを上流境界に用い磁気流体シミュレーションにより、現実に発生している太陽風による磁気圏の動的なレスポンス(夜側におけるプラズモイドの発生等)の定性的な再現に成功した。さらに、地球磁気圏サブストーム現象の電気抵抗モデル依存性を調査し、定量的な解析には物理的根拠のある異常抵抗モデルの導入が必要であることを明らかにし、さらにミクロ階層でのプラズマ不安定性による異常電気抵抗の結果を、磁気流体方程式の中に取り込むためのモデル検討を行った。領域分割法を用いてミクロ階層とマクロ階層を同時にかつ無同着に解くことのできる連結階層シミュレーションモデルを考案した。プロットタイプの連結階層モデルを実装したシミュレーションプログラムを開発し、アルベン波の1次元伝播およびプラズマフロー流入現象に適応し、開発した数値アルゴリズムの適応限界・精度等の検証を行い、今後改良すべき問題点等を明らかにした。没入型3次元バーチャルリアリティ(VR)装置CompleXcopeで電磁粒子シミュレーションの結果を表示するソフトウェアを開発し、磁気リコネクションのシミュレーション結果をVR空間で解析した。その結果、イオンのメアンダリング運動と加熱機構の間の強い相関を明確に示すことができた。

This research topic includes the following research results: 1) the development of the physical and numerical value of hierarchical structure, 2) the study of hierarchical structure, 3) the study of magnetic structure and 3) the study of hierarchical structure. collision-free magnetic field generation mechanism, magnetic field resistance mechanism, magnetic field neutral line near finite amplitude particle motion The two kinds of physical mechanisms that cause the formation of non-equiangular velocity distributions of magnetic neutral lines are known to exist. When a dynamic source exists, a very large in-plane electrostatic field is generated, and the electrostatic force is transferred to a new equilibrium state. The physical analysis of the magnetic field of the earth and the solar wind in the upper reaches of the earth are successful in qualitative reconstruction of the magnetic field in the upper reaches of the earth and the solar wind in the middle of the earth. In addition, the dependence of the electrical resistance of the earth magnetic field on the instability of the earth magnetic field is investigated quantitatively, and the introduction of the abnormal electrical resistance to the physical roots is necessary. Domain partition method is used to examine the hierarchy of domains. The development of link hierarchy, the development of one-dimensional transmission and the improvement of link hierarchy in the future, the identification of appropriate limits and accuracy, etc. of inflow phenomena, the development of numerical values, etc. Submerged three-dimensional (VR) device CompleXcope electromagnetic particle system results are presented in software development, magnetic field system results are analyzed in VR space The results of the analysis show that the relationship between the heat transfer mechanism and the heat transfer mechanism is clear.

项目成果

Relationship between Macro and Micro Physics in Collisionless Driven Reconnection

无碰撞驱动重连中宏观物理与微观物理的关系

• 发表时间: 2008
• 作者: R. Horiuchi;M. Den;H. Ohtani;S. Usami;T. Moritaka;B. Li
• 通讯作者: B. Li

Molecular dynamics simulation of amphiphilic molecules in solution: micelle formation and dynamic coexistence.

• DOI: 10.1063/1.3105341
• 发表时间: 2009-04
• 期刊: The Journal of chemical physics
• 作者: Susumu Fujiwara;T. Itoh;M. Hashimoto;R. Horiuchi

MHD-PIC連結に基づく階層繰り込みシミュレーションの発展

基于MHD-PIC连接的分层重整化仿真开发

• 发表时间: 2008
• 作者: 宇佐見俊介;大谷寛明;堀内利得;田光江
• 通讯作者: 田光江

Progress of Multi-hierarchy Simulation Model for the Full Understanding Magnetic Reconnection

全面理解磁重联的多层次仿真模型进展

• 发表时间: 2008
• 作者: S. Usami;H. Ohtani;R. Horiuchi;M. Den
• 通讯作者: M. Den

Development of magnetic reconnection interlocked simulation model based on domain division method

基于域划分法的磁重联联锁仿真模型开发

• 发表时间: 2008
• 作者: S. Usami;H. Ohtani;R. Horiuchi;M. Den
• 通讯作者: M. Den