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

流动在等离子体中无处不在，当与磁场结合时会产生有趣的结构。今年，我们使用去年开发的可压缩 HallMHD 仿真代码分析了外部 E×B 流驱动的磁重联现象。描述高速磁重联的模型需要一个中间区域来描述宏观层次（流体）和微观层次（粒子）之间的耦合，并且在二流体 MHD 模型中，由于霍尔项而产生奇异摄动效应下面解释这种中间区域的结构。我们将由于粒子运动的影响而产生的混沌电阻作为非均匀电阻纳入霍尔-MHD方程，并验证了霍尔项和混沌电阻的影响，从而在模型中形成了电流片。相反，在包含混沌电阻的模型中，形成了X形结构。在仅包含霍尔效应的模型中，不会发生这种结构变化，并且由于霍尔效应和混沌阻力的协同作用，形成X形结构。 （请注意，即使混沌电阻[正式]合并到不包括霍尔效应的 MHD 模型中，结构变化也不会变得非常大。此外，随着电阻随时间变化，可以看出磁重联率间歇性地变得极大。这些结果在随后的会议上进行了口头介绍。・2004年日本物理学会秋季会议 ・第21届日本等离子体核聚变学会年会研讨会“聚变等离子体模拟的进展” ・第9届模拟科学研讨会暨2004年聚变科学研究所联合研究所“大型模拟”研究”联合研究小组