非平衡多粒子系の緩和過程を渦運動・乱流の両視点より構造解析する非中性プラズマ実験

非中性等离子体实验从涡运动和湍流角度结构分析非平衡多粒子系统的弛豫过程

• 批准号: 08J03246
• 负责人: 河井 洋輔
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J03246/
• 关键词: 非中性第プラズマ; 静電波・静電振動; 非中性プラズマ; 高レイノルズ数乱流; 渦動力学; wavelet解析

本研究で研究代表者は、非中性電子プラズマを用い、不安定性から出発する渦群の集団相互作用を介した乱流緩和過程について、その緩和の後到達される大局的で安定な秩序構造までを視野に入れた実験研究を進めてきた。前年度までの研究では、この乱流緩和過程を、実空間上において観測される渦運動と、波数空間上で記述される乱流動力学の両視点から統合的に展開させることに成功した。本年度は、この過程を経て形成される電子プラズマの秩序構造について調べるため、その固有振動数が、伝搬するプラズマの密度や形状等に依存すると理論的に予測されているDubin modeの波動特性について検討を行った。実験データの計測・解析と数値シミュレーションとを組み合わせた詳細な検討の結果、以下に示すような結果を得ることができた。1.緩和過程を経て到達される秩序構造が、波動特性を記述する理論モデルで想定されるプラズマの密度分布に非常に近い形状を示すことが確かめられた。2.しかしながら、その中で励起されるDubin modeの固有振動数は、理論的に予測される値よりも系統的に高い値を示すことが分かった。3.そのような固有振動数の上昇が、プラズマを取り囲む導体境界壁に誘起される鏡像電荷によって引き起こされていることを明らかにした。Dubin modeの波動特性については、これまで反陽子等の希少な荷電粒子群の各種パラメーターを非破壊的に計測する目的から実験研究が行われてきている。本研究成果は、そのような計測において従来用いられてきた理論モデルの問題点を指摘しており、近年CERN等で進められているCPT対称性の検証実験に対しても実用的な意義を持つものと考えている。

This study is representative of the study of the use of non-neutral electrons, instability, vortex cluster interaction, turbulence mitigation process, and the overall stability of the order structure. In the past year, the study of turbulence mitigation process, spatial measurement of vortex motion, wavenumber space description of turbulence dynamics, and integration of development were successful. This year, we will discuss the theoretical prediction and analysis of the relationship between the number of natural vibrations, the density and shape of the electron structure, the formation of the electron structure, and the ratio characteristics of the Dubin mode. The results of the measurement and analysis are shown below. 1. Relaxation process, order structure, ratio characteristics, theoretical analysis, density distribution, very close to the shape, accuracy, etc. 2. The natural vibration number of Dubin mode is different from that of theoretical prediction. 3. The rise of the natural vibration number of the conductor is caused by the image charge of the conductor boundary wall. The Dubin mode ratio characteristics include the following: (1) the number of charged particles,(2) the number of particles,(3) the number of particles,(4) the number of particles,(5) the number of particles, and (6) the number of particles. The results of this study are based on the theoretical analysis of CPT equivalence and its practical significance.

项目成果

純電子プラズマの平衡分布に固有な軸対称波動特性

纯电子等离子体平衡分布特有的轴对称波特性

• 发表时间: 2009
• 作者: 河井洋輔;際本泰士
• 通讯作者: 際本泰士

Axisymmetric Eigenmodes of Spheroidal Pure Electron Plasmas

球状纯电子等离子体的轴对称本征模

• 发表时间: 2010
• 期刊: Plasma and Fusion Research (掲載確定)
• 作者: Yosuke Kawai;Jun Aoki;Yasuhito Kiwamto
• 通讯作者: Yasuhito Kiwamto

Elementary processes of free-decaying two-dimensional turbulence in magnetized pure electron plasmas

磁化纯电子等离子体中自由衰变二维湍流的基本过程

• 发表时间: 2009
• 期刊: Journal of Plasma and Fusion Research Series to be published(掲載確定)
• 作者: Yosuke Kawai;Yasuhito Kiwamoto
• 通讯作者: Yasuhito Kiwamoto

非中性プラズマにおける乱流構造-wavelet 解析を用いた検討-

非中性等离子体中的湍流结构 - 使用小波分析进行研究 -

• 发表时间: 2008
• 作者: Yosuke Kawai;Yasuhito Kiwamoto;河井洋輔
• 通讯作者: 河井洋輔