磁束管合体を用いた粒子運動論的プラズマ構造形成の解明

使用磁通管合并阐明粒子动力学等离子体结构的形成

基本信息

批准号：
16J07924
负责人：
西田賢人
金额：
$ 1.79万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07924/
关键词：
プラズマ合体磁気リコネクション磁場反転配位異極性合体極性効果エネルギー変換 Particle-In-Cell 自己組織化高ベータ磁束管合体適合粒子細分化法高ベータ配位磁場反転配位の自己組織化合体生成定常電流駆動

项目摘要

2つのプラズマ配位を軸方向に移送し，衝突合体することでより高性能な配位へと生成緩和させるプラズマ合体法の運動論効果を含んだ数値シミュレーションを行うため，本研究では円筒座標系Particle-In-Cellコードを新規開発し，大規模計算を行った．昨年度に開発した適合粒子細分化Particle-In-Cellコードに加えて，HPCにおける高効率の計算実行のため，電磁場・粒子共に領域分割法によるプロセス並列化を導入した．さらに並列化効率向上のため，系の発展に従い動的に分割領域を決定する動的領域分割を開発したコードに追加実装した．コード開発により，Particle-In-Cellによるスフェロマック合体の現実的な数値計算が可能となり，運動論効果が重要となる合体時の磁気リコネクション現象が引きおこす磁場・粒子のエネルギー変換効果を検証した．スフェロマック合体では初期配位が有するトロイダル磁場の極性と二流体効果によって流速構造に非対称性が発現することが知られていたが，本研究ではイオン温度や静電ポテンシャルにも非対称性を生じさせることを明らかにした．イオンが得るエネルギーが径方向内外で異なることを示した一方で，イオンの粒子・エネルギー流束からエネルギー総量には極性効果は影響を及ぼさない．円筒座標系による体積要素の差異が影響するため，比較的低いエネルギーをもつイオンを多数生成するモードと，比較的高いエネルギーをもつイオンを少数生成するモードが極性効果によって選択し得ることを示した．また，エネルギー変換の計算から，電子は散逸領域内部で誘導電場によって主にエネルギーを獲得し，散逸領域端部において静電場によりエネルギーを失う．電子散逸領域端部付近にイオンを加速する静電位が形成されることから，静電場を介した電子・イオン間のエネルギー授受を示唆している．

在这项研究中，我们开发了一种新的圆柱坐标系统粒子中的粒子代码，并进行了大规模计算，以进行数值模拟，其中包括等离子体聚合方法的动力学效应，该方法在轴向方向上将两个血浆配位传递给了两种等离子的配位，并将两个等离子配位通过核算通过核算进行了较高的成分，并将其放松。除了去年开发的粒子中的粒子代码外，我们还使用区域分裂方法引入了电磁场和颗粒的过程并行化，以在HPC中执行高效的计算。此外，为了提高并行化效率，已经将动态区域划分添加到开发的代码中，该代码根据系统的开发动态确定了分裂区域。通过制定代码，已经使使用粒子中的粒子组合对球形瘤组合的现实数值计算得以实现，并且在合并过程中由磁性重新连接现象引起的磁场和颗粒的能量转换效应得到了验证。众所周知，由于初始配位和双氟效应的环形磁场的极性，可以产生流速结构的不对称性，但是这项研究表明，不对称性在离子温度和静电电位中也会出现。尽管它表明由离子获得的能量在径向和外部和外部之间有所不同，但极性效应不会影响离子颗粒/能量通量的总能量。由于圆柱坐标系引起的体积元素的差异会影响极性效应，因此我们表明，可以选择具有相对较低能量和模式的许多离子的模式可以选择相对较低的离子。此外，从能量转化的计算中，电子主要通过诱导的电场在耗散区域内获取能量，并通过静电场在耗散区域的末端失去能量。加速离子的静电电势是在电子耗散区域边缘附近形成的，这表明电子和离子之间通过静电场交换了能量。