Study on stabilization of plasma using chaos theory

利用混沌理论研究等离子体稳定性

基本信息

批准号：
20K03895
负责人：
福山隆雄
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagasaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の最終年度前年度応募により，新課題（23K03355：プラズマ中の同期現象の究明とカオス制御への応用）に採択されたため，本研究を再構築して発展させるために，当初の計画より1年間短縮する。本研究は，当初の予定を超えた速さで進展させることができた。最終年度においては，時間遅れフィードバック法を電離波動系のカオスやリミットサイクルに適用し，カオス制御や新規の現象の発見という成果を得ることができた。さらに，高性能のハイスピードカメラを用いることによって，プラズマジェットの性質を調べ，2本のプラズマジェットの相互作用について研究し，相互作用によるプラズマジェットの動的挙動に関する成果を得ることができた。研究期間全体を通じて実施した研究成果について記載する。本研究では，カオス理論に着目をしてプラズマを安定化する研究を進めた。カオス状態の電離波動に，外力やシンプルなフィードバックを印加することで振動が周期化すること，あらかじめフィードバックを印加されている系は，そうでない系と比べて，より小さな外力によって振動が周期化すること，そして，汎用的にカオスを制御するために，時間遅れフィードバック法（ピラガス法）を適用して，系が同期することによって振動が周期化すること等を明らかにした。また，電離波動の研究で得られた知見を活用して，大気圧プラズマの安定化に取り組んだ。その結果，火花放電における光の変動を時空パターンとして測定し，火花放電が合体することによって，それぞれの火花放電の光の変動が安定化すること，続いて，ヘリウムプラズマジェットの発光をハイスピードカメラで観測し，2つのプラズマジェットが相互作用することによって，明滅のリズムが同期することを明らかにした。これらの研究成果については，5本の査読付き英語論文，9件の学会発表等に結実している。

该申请是在本研究最后一年的前一年提出的，选择了新的主题（23K03355：等离子体同步现象及其在混沌控制中的应用），缩短了一年。这项研究的进展速度比原计划更快。最后一年，我们将时滞反馈方法应用于电离波系统的混沌和极限环，在混沌控制和新现象的发现方面取得了成果。此外，通过使用高性能高速相机，我们研究了等离子体射流的特性，研究了两个等离子体射流之间的相互作用，并获得了等离子体射流因相互作用而产生的动态行为的结果。描述整个研究期间进行的研究结果。在这项研究中，我们重点关注混沌理论来推进稳定等离子体的研究。通过对混沌电离波施加外力或简单的反馈，振荡变得周期性。在预先施加反馈的系统中，与没有反馈的系统相比，用更小的外力使振荡变得周期性此外，为了控制混沌。在通用方式中，我们应用了时滞反馈方法（Pyragas 方法），并阐明了当系统同步时振荡会变成周期性的。我们还利用电离波研究中获得的知识致力于稳定大气压等离子体。结果，火花放电中的光波动被测量为时空模式，并且通过合并火花放电来稳定每次火花放电的光波动。接下来，使用高速测量仪测量氦等离子体射流的光发射研究人员观察到，两个等离子体射流的相互作用使闪烁节奏同步。这些研究成果产生了五篇经过同行评审的英文论文和九篇会议演讲。