非平衡多粒子系の緩和過程を渦運動・乱流の両視点より構造解析する非中性プラズマ実験

非中性等离子体实验从涡运动和湍流角度结构分析非平衡多粒子系统的弛豫过程

基本信息

批准号：
08J03246
负责人：
河井洋輔
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究で研究代表者は、非中性電子プラズマを用い、不安定性から出発する渦群の集団相互作用を介した乱流緩和過程について、その緩和の後到達される大局的で安定な秩序構造までを視野に入れた実験研究を進めてきた。前年度までの研究では、この乱流緩和過程を、実空間上において観測される渦運動と、波数空間上で記述される乱流動力学の両視点から統合的に展開させることに成功した。本年度は、この過程を経て形成される電子プラズマの秩序構造について調べるため、その固有振動数が、伝搬するプラズマの密度や形状等に依存すると理論的に予測されているDubin modeの波動特性について検討を行った。実験データの計測・解析と数値シミュレーションとを組み合わせた詳細な検討の結果、以下に示すような結果を得ることができた。1.緩和過程を経て到達される秩序構造が、波動特性を記述する理論モデルで想定されるプラズマの密度分布に非常に近い形状を示すことが確かめられた。2.しかしながら、その中で励起されるDubin modeの固有振動数は、理論的に予測される値よりも系統的に高い値を示すことが分かった。3.そのような固有振動数の上昇が、プラズマを取り囲む導体境界壁に誘起される鏡像電荷によって引き起こされていることを明らかにした。Dubin modeの波動特性については、これまで反陽子等の希少な荷電粒子群の各種パラメーターを非破壊的に計測する目的から実験研究が行われてきている。本研究成果は、そのような計測において従来用いられてきた理論モデルの問題点を指摘しており、近年CERN等で進められているCPT対称性の検証実験に対しても実用的な意義を持つものと考えている。

在这项研究中，主要研究者一直在使用非中性电子等离子体进行实验研究，从而通过考虑到宽阔而稳定的有序结构来探索来自不稳定的涡流的群体相互作用，这些涡流构成了不稳定的结构。直到上一年的研究成功地从实际空间中观察到的涡流运动和波数空间中描述的湍流动力学统一了这一湍流缓解过程。在今年，为了研究通过此过程形成的电子等离子体的有序结构，我们研究了dubin模式的波特征，从理论上讲，这是电子等离子体的固有频率将取决于传播血浆的密度和形状。下面显示的结果是在将测量和分析实验数据与数值模拟结合的详细检查后获得的。 1。已经证实，通过弛豫过程到达的有序结构表现出非常接近等离子体的密度分布的形状，如描述波特征的理论模型中所设想的那样。 2。但是，发现DUBIN模式的固有频率在系统上高于理论预测值。 3。已经揭示了固有频率的增加是由血浆周围的导体边界壁引起的镜像电荷引起的。已经对DUBIN模式的波特征进行了实验研究，目的是对罕见带电颗粒（例如抗蛋白酶）的各种参数进行非破坏性测量。这项研究发现指出了已在此类测量中使用的理论模型的问题，我们认为，对于CPT对称性验证实验，近年来在CERN和其他国家进行了实际意义。