3次元ハイブリッドシミュレーションによる磁気リコネクションの乱流イオン加速

使用 3D 混合模拟的磁重联湍流离子加速

• 批准号: 12J10000
• 负责人: 東森 一晃
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J10000/
• 关键词: 磁気リコネクション; 乱流; 粒子加速; 温度異方性; プラズマ波動; レイノルズ平均モデル; 非一様性; エネルギー変換効率; イオン; 加速; イオンビーム; 波; 乱流モデル; マクロな乱流効果

本研究の目的は、宇宙空間で普遍的にみられる乱流現象と磁気エネルギーの変換過程として重要な磁気リコネクションと呼ばれる現象の関連性に注目しつつ、粒子加速の物理解明に繋げることである。今年度は、粒子加速の前段階となる乱流生成ついて議論すると同時に、生成された乱流が全体のダイナミクスにどう寄与するかを調べた。全体のダイナミクスに関しては、乱流効果を組み込んだモデル計算を行った。まず乱流生成について、重要な結論の一つはイオンの運動論効果が効くスケールでは、磁気リコネクションに伴ってできるジェットは不安定であり、自発的に乱流状態となることである。またその乱流状態への遷移の有無は初期のプラズマ温度に依存し、特にプラズマ温度が低い場合に乱流状態に発展してゆくことがわかった。この原因にっいては、様々な理論モデルと比較した結果、いくつかのプラズマ不安定の複合過程であることが示唆されている。リコネクションジェットでの自由エネルギーとなるのはイオンの温度異方性と、プラズマ全体の流れ(バルクフロー)の運動エネルギーであることがわかっている。そしてこれらを自由エネルギーとする不安定現象のうち、乱流生成のプラズマ温度依存性(シミュレーション結果)をコンシステントに説明できる候補として主に、温度異方性によって励起されるミクロなプラズマ不安定と、バルクフローを自由エネルギーとして発達するグローバルなモードの二つが考えられることがわかった。一方で乱流が存在する場合の磁気リコネクションのダイナミクス全体を理論的に理解する試みについても進めた。全体のダイナミクスにっいては、乱流モデルを組み込んだレイノルズ平均型のシミュレーションモデルを用い、発達した乱流が磁場のエネルギー変換効率の上昇に重要であることを示した。

The purpose of this study is to focus on the general turbulence phenomena in outer space, the transformation process of magnetic field generation, the correlation between important magnetic field generation and communication phenomena, and the physical explanation of particle acceleration. This year, particle acceleration in the early stages of turbulence generation and discussion, at the same time, the generation of turbulence and all of the time, the transmission and adjustment All of them are related to turbulence, and the results are grouped together. The result of kinetic theory is that the turbulence generation is unstable, and the turbulence state is self-generated. Turbulent state transition is dependent on initial temperature, especially when temperature is low. The reason for this is that the theory is different from the result, and the process of instability is different. The temperature heterogeneity of the temperature and the movement of the whole body of the fluid flow are different from each other. The temperature dependence of turbulence generation and instability phenomena is explained in the following paragraphs. The magnetic field in the presence of turbulence in one direction is theoretically understood as a whole. All of them are important for increasing the efficiency of magnetic field generation.

项目成果

磁気リコネクションでの乱流拡散・輸送・ダイナモ効果

磁重联中的湍流扩散、输运和发电机效应

• 发表时间: 2013
• 作者: 東森一晃;横井喜充;星野真弘
• 通讯作者: 星野真弘

初期プラズマベータ値に依存したリコネクションアウトフロー構造の変化

重新连接流出结构的变化取决于初始血浆β值

• 发表时间: 2012
• 作者: 東森一晃 ;星野真弘;横井喜充
• 通讯作者: 横井喜充

乱流モデルに基づいた高速リコネクション過程の研究

基于湍流模型的快速重联过程研究

• 发表时间: 2013
• 作者: 東森一晃;横井喜充;星野真弘
• 通讯作者: 星野真弘

Explosive Turbulent Magnetic Reconnection

• DOI: 10.1103/physrevlett.110.255001
• 发表时间: 2013-06-17
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Higashimori, K.;Yokoi, N.;Hoshino, M.
• 通讯作者: Hoshino, M.

MHD 乱流シミュレーションコードの開発 : 磁気リコネクションでの乱流効果

MHD 湍流模拟代码的开发：磁重联中的湍流效应

• 发表时间: 2012
• 作者: 東森一晃 ;星野真弘;横井喜充
• 通讯作者: 横井喜充