多階層性に注目した磁気圏界面におけるプラズマ乱流輸送機構の研究

多层次磁层顶等离子体湍流输运机制研究

基本信息

批准号：
22K03568
负责人：
沼田龍介
金额：
$ 2万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，微視的なプラズマ乱流輸送がマクロな磁気圏ダイナミクス与える影響を明らかにするために，運動論シミュレーションによる解析を行っている．本年度は，非一様プラズマにおいて電磁的乱流輸送を引き起こす原因となるマイクロテアリング不安定性の不安定化機構の解析を行った．スラブ配位における衝突性マイクロテアリングの不安定化機構について，粒子間衝突に起因する熱力によって電磁場ゆらぎの位相のずれがゆらぎの成長を起こす原因となることを示した．磁気圏において無衝突であると考えられるプラズマであっても，磁場に捕捉される粒子に起因する同様の作用により無衝突でも不安定化が起こり得ると考えられる．また，磁気圏プラズマのシミュレーションを実施するためには，惑星磁場の非一様な構造を組み込む必要がある．核融合研究で用いられる磁力線に沿った局所シミュレーション手法を磁気圏に応用するために，磁気圏磁場配位を適切な座標系に変換するインターフェースを開発した．プラズマの圧力（磁気圧との比であるベータ値によって特徴づけられる）が小さく，平衡磁場配位が真空双極子磁場で近似できる場合での動作確認を行った．惑星磁気圏や磁気圏型プラズマ閉じ込め実験装置で実際に観測されるプラズマの圧力は高いと考えられるため，真空磁場で近似できない．高い圧力（高ベータ）を持った磁気圏プラズマのシミュレーションを実施するために，平衡計算の準備を進めている．また，高い非一様性を持った磁気圏プラズマの非線形シミュレーションを高効率で実施するために，新たにGPUベースコードでの動作検証も進め，非線形での計算環境を拡充した．

在本研究中，我们使用动力学模拟进行分析，以阐明微观等离子体湍流输运对宏观磁层动力学的影响。今年，我们分析了微撕裂不稳定性的失稳机制，它导致非均匀等离子体中的电磁湍流传输。关于板配位中碰撞微撕裂的失稳机制，我们发现粒子间碰撞引起的热力引起的电磁场波动的相移导致了波动的增长。即使等离子体被认为在磁层中是无碰撞的，但人们认为，即使在没有碰撞的情况下，由于被捕获在磁场中的粒子引起的类似效应，也会发生不稳定。此外，为了模拟磁层等离子体，需要考虑行星磁场的非均匀结构。为了将核聚变研究中使用的沿磁场线的局部模拟方法应用于磁层，我们开发了一个接口，将磁层磁场配置转换为适当的坐标系。我们确认了当等离子体压力（以β值表征，即与磁压力的比率）较小时的操作，并且平衡磁场配置可以通过真空偶极子磁场来近似。行星磁层和磁层等离子体约束实验设备中实际观测到的等离子体压力被认为很高，因此不能用真空磁场来近似。我们目前正在准备平衡计算，以模拟高压（高贝塔）磁层等离子体。此外，为了高效地进行高非均匀性磁层等离子体的非线性模拟，我们使用新的基于GPU的代码进行了操作验证，并扩展了非线性计算环境。