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広周波数帯波動が関与する高速粒子不安定性の非線形開放系シミュレーション研究

涉及宽带波的快粒子不稳定性的非线性开放系统模拟研究

基本信息

批准号：
22K03570
负责人：
樋田美栄子
金额：
$ 2.66万
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 (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

磁場に垂直方向の速度空間でリング状の分布を持つ高速イオンは、核融合プラズマでは、プラズマ加熱用の高速中性粒子入射によって、宇宙プラズマでは無衝突衝撃波や磁気再結合による粒子加速によって生成される。そのようなリング状の高速イオンが引き起こす不安定性という、核融合と宇宙のプラズマに共通する物理を切り出し、イオンサイクロトロン周波数から電子サイクロトロン周波数に及ぶ広い周波数帯の波動が関与する非線形発展を、電磁粒子シミュレーションを用いて研究している。高速イオンのリング速度がアルヴェン速度より小さい場合、イオンと電子のサイクロトロン周波数の間の周波数を持つ、低域混成波が不安定となることが線形理論により予測されている。これまでの研究で、高速イオンを注入し続けることにより、低域混成波が減衰せずに振幅を維持することが明らかになっている。今年度は、核融合プラズマと地球磁気圏プラズマの両方で、低域混成波の高調波が観測されていることに注目してシミュレーション解析を行った。まず、低域混成波高調波が観測されている地球磁気圏極域上空の物理量に近いパラメータ値を使って、リング状の高速イオンを注入し続けるシミュレーションを行った。その結果、低域混成波の高調波構造を再現することに成功するとともに、高調波が数多く励起されるとイオンがより強く加速されることを示した。この結果は、地球極域からのイオンの大量流出という、長年の未解決問題の解決に向けた新たな可能性を示すものであり、本成果をまとめた論文を発表した。さらに、高調波の非線形励起機構について詳細な解析を行い、その結果をまとめた論文を投稿した。また、宇宙と核融合のプラズマでは、高速イオンの種類は様々なものがあり得ることから、低域混成波不安定性の非線形発展における高速イオンの質量依存性についても研究を開始した。

Magnetic field vertical velocity spatial distribution, high speed, nuclear fusion, high speed neutral particle incidence for heating, universe, collision-free shock wave, magnetic recombination, particle acceleration generation. The relationship between high speed, high frequency, instability, nuclear fusion and cosmic physics, frequency, electron frequency, and ratio of frequency bands and nonlinear evolution, electromagnetic particle dynamics, and their applications are studied. High speed, high speed, low frequency, low The study of high speed hybrid wave injection and low frequency hybrid wave attenuation and amplitude maintenance This year's nuclear fusion analysis of the Earth's magnetic field is carried out in the low domain and high domain. The physical quantities in the polar region of the earth's magnetic field are measured in the low and high frequency regions, and the high frequency regions are injected into the magnetic field. The result is that the low-domain hybrid wave and the high-frequency wave structure are reproduced successfully. The results show that the earth's polar regions have a large number of outflows, and the solution of long-term unsolved problems has a new possibility. For example, a detailed analysis of the non-linear excitation mechanism of high-profile waves, results, and contributions. A study on the mass dependence of low domain hybrid wave instability and nonlinear evolution of high speed hybrid wave has begun.