プラズマ流の自己組織化に関する理論・シミュレーション研究

等离子体流自组织理论与仿真研究

• 批准号: 03J11122
• 负责人: 沼田 龍介
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J11122/
• 关键词: プラズマ流; HallMHD; 磁気リコネクション; 非線形シミュレーション; カオス; 無衝突電気抵抗; 太陽コロナ; 自己組織化; 二重ベルトラミ平衡; Hall MHD

プラズマ中において流れは普遍的に存在し、磁場とカップルすることにより興味深い構造を作り出す。本年度は、昨年度開発した圧縮性HallMHDシミュレーションコードを用いて、外部からのE×B流によって駆動される磁気リコネクション現象をとりあげ、解析を行った。高速磁気リコネクションを説明するモデルには、マクロな階層(流体)とミクロな階層(粒子)のカップリングを記述する中間領域が必要であり、二流体MHDモデルにおいては、Hall項による特異摂動効果によって、このような中間領域の構造が説明される。粒子運動の効果によるカオス抵抗を、非一様な電気抵抗としてHall-MHD方程式に組み込み、Hall項、カオス抵抗の効果を検証した結果、カオス抵抗を含まないモデルにおいては、電流シートが形成されるのに対し、カオス抵抗を含むモデルにおいては、X型の構造が形成されるという結果が得られた。Hall効果のみを含むモデルにおいてはこのような構造の変化は起こらず、Hall効果とカオス抵抗の協調効果によってX型の構造が形成される。(なお、Hall効果を含まないMHDモデルにカオス抵抗を[形式的に]組み込んでも、X型への構造変化は起こらない。)このとき磁気リコネクションレートは、電流シート構造のレートと比して非常に大きくなる。また、電気抵抗が時間的に変動するのに伴って、磁気リコネクションレートが間歇的に非常に大きくなる様子が見られる。これらの結果を、以下の会議において口頭発表を行った。・物理学会2004年秋季大会・プラズマ・核融合学会 第21回年会シンポジウム「核融合プラズマシミュレーションの進展」・第9回シミュレーション・サイエンス・シンポジウム&平成16年度核融合科学研究所共同研究「大型シミュレーション研究」合同研究会

流量普遍存在血浆中，通过与磁场耦合创建有趣的结构。今年，我们使用了去年开发的可压缩HALLMHD模拟代码来检查和分析由外部E×B流动驱动的磁重新连接现象。解释高速磁重新连接的模型需要中间区域来描述宏观层（流体）和微层（颗粒）的耦合，在两流体MHD模型中，此类中间区域的结构由Hall项的奇异扰动效应来解释。由粒子运动的影响引起的混沌电阻被纳入了Hall-MHD方程，作为不均匀的电阻，并验证了Hall项和混沌电阻的效果。结果表明，在不包括混沌抗性的模型中，形成了电流纸，而在包括混沌电阻的模型中，形成了X型结构。在仅包含霍尔效应的模型中，不会发生这种结构，X型结构是由霍尔效应和混沌电阻的协调效应形成的。 （请注意，即使将混乱的电阻纳入不包括霍尔效应的MHD模型，也不会发生X型的结构变化。）此时，磁重新连接速率也将显着高于当前纸质结构的速率。此外，可以看出，随着电阻随着时间的流逝而波动，磁重新连接速率变得非常间歇性。这些结果在以下会议上口服：・物理学会2004年秋季会议・等离子体和核融合学会21年度年度研讨会“核融合等离子体模拟的进展” ・第9次模拟科学研讨会和核融合联合科学联合科学研究小组联合科学研究所