静電コーヒーレントポテンシャル構造の発生機構とプラズマ加熱・加速過程

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オーロラ域や磁気圏境界層で多く観測される静電孤立波の研究では、多成分プラズマを流体モデルで近似して、正負両極性の密度変調に対応する非線形ソリトン解に基づいて、最近の人工衛星によるプラズマ波動の波形観測データの理論的な解析研究が行われてきた。一方、宇宙プラズマ中の静電孤立波は、このような流体モデルによる理論解析から得られるソリトン解の他、運動論的な解析手法で得られる速度位相空間における電子およびイオンのホールによっても説明することができる。実際に、受入研究者の大村は、これまで粒子モデルの計算機シミュレーションを駆使して、電子ホールおよびイオンホールによる解析を中心的に行ってきており、Kakad博士の非線形理論とは全く異なる手法により、同様の衛星観測データの解析をおこなってきた。この電子ホールは静電的なBGKポテンシャルであり、時間空間で非常に安定に存在することができるものである。一方、流体モデルによる非線形ソリトン解は、その安定性およびパラメータ依存性について、未だ十分な解析がおこなわれていないのが現状である。本研究では、流体モデルと粒子シミュレーションモデルの比較を通じて、流体モデルに基づく理論の有用性と限界を解明する。さらに、1次元モデルによる流体および粒子シミュレーション解析の次の段階の研究として2次元および3次元への拡張を試みる。Kakad博士の理論解析と大村がこれまで行ってきた2次元および3次元のシミュレーションの経験を生かして、多次元モデルの非線形理論解析と、その前提となる物理パラメータの必要条件を明らかにする。