モデルでは、プラズマ境界の電極板間の電位差により、静電場が励起される。界のアンテナ電流に駆動された電磁波動の重ね合わせとして定在波が励起される。よる電場浸透度の評価を行う。モデルではプラズマ半径に依存して、プラズマ境界が節や腹になる電場が励起される。依存する電磁場励起過程を議論する。励起して生成するプラズマである。機推進機関など、広い範囲での応用が期待されている。プラズマの加熱、中性粒子の電離・再結合を考慮した分散関係の時間発展が挙げられる。熱過程について議論する。波が強減衰し、高効率に電子を加熱する。波の励起は散逸の大きさに強く依存する。-粒子相互作用によるプラズマ加熱について議論する。衰が、実際の実験における状況下でのプラズマ加熱で主要な役割を果たしうることを示す。膨張場では減速されるが、圧縮場による加速の逆過程ではない。ズマ流は一様流ではなく、(3次元的に)圧縮と膨張を繰り返す部分からなる非一様流である。プラズマ分布の統計を理論および数値計算により議論する。現実に観測される熱的非平衡分布との関連について触れる。プラズマ中に発生する無衝突衝撃波(以下、衝撃波)は高エネルギー粒子を効率よく生成すると考えられている。衝撃波による加速はほとんど考えられてこなかった。接近・衝突することは頻繁に起こる。らの現象において、衝撃波構造の変化や粒子の加速・加熱などの物理過程は未解明である。加速が起こることが報告されている。ある、衝突前後の衝撃波のミクロ構造までは正しく再現されない。シミュレーションを用いて二つの衝撃波の近接・衝突過程を模擬する。つの斜め衝撃波上流域で高エネルギー電子が加速された。幅される磁場や衝突後の衝撃波によってさらに加速されることが分かった。衝突前において、上流に染み出した電子によって大振幅波動が励起されることが分かった。子の伝播や衝撃波構造への影響を議論する。その原因としては高エネルギーの電子が上流に流出したためであると考えられる。動論的効果の影響を議論する。はやぶさの活躍、宇宙ステーションの建設など、宇宙環境が身近に感じられる話題が最近多くなってきた。宇宙の平和的利用を目指した研究活動への感心も高まりつつあると言えるが、その一方、プラズマ科学の立場から宇宙利用を考えるコミュニティーは、現在でも工学的分野(プラズマ推進、衛星帯電など)と理学的分野(宇宙プラズマ物理、宇宙天気など)とで比較的はっきりと分離されているようである。多くの点で有益な相互作用が期待できる。本シンポジウムでは特にプラズマ推進を主軸として議論を行い、情報交換および研究者交流を行うとともに、今後の分野間交流の礎を作ることを目的とする。銀河団衝撃波や宇宙線変成衝撃波のように、上流プラズマがあらかじめ高温であるような場合には、衝撃波ドリフト加速によって効率的な電子加速および反射が起こる。このとき、反射された電子は上流で不安定性を起こして様々な波動を励起すると考えられる。本研究では、衝撃波ドリフト加速によって加速・反射された電子が、その後上流でさらに加速されて非熱的粒子を生成する過程を、テスト粒子シミュレーションによって議論する。反射電子が自己励起する波動として有限の波数スペクトルを持つホイッスラー乱流を考え、衝撃波によるミラー反射と上流乱流による散乱のみで電子がどの程度加速されるかを調べる。ホイッスラー乱流の特性(乱流のエネルギー、分散の有無、位相相関など)を様々に変化させた場合に、加速機構や効率にどのような違いが生じるかに注目する。プロジェクト)[1].本研究では,ヘリコン波を用いた無電極プラズマ生成法について議論する.ヘリコン波を使用したプラズマ生成は,直流電流により生成された磁場中に中性ガスを封入し、これを特殊なアンテナに高周波電場を印加することで生じるヘリコン波と作用させることにより行う。この「電場+磁場」の中で非常に高い密度のプラズマが安定に得られることが実験的に確立されている[2].しかし,実際は高周波電界と磁場配位および磁場強度の関係が,プラズマの生成に大きな影響を与えており,この関係はいまだに系統的には明らかにされていない.そこで本発表では,プラズマ化する中性ガスにArとHeを用い,それぞれの場合について以下のような手法でプラズマ密度を求め,この関係性を明らかにすることを目的とした.1円筒形のチャンバーにヘリコン源と9個のコイルを配置した実験装置を用い,様々な磁場強度ならびに磁場配位をつくりだす.2それぞれの条件においてヘリコン源に高周波電界を印加し,プラズマを生成する.ラングミュアプローブを用い,チャンバー内の径方向に7点,それを軸方向に5点動かし,計35点のイオン電流を測り,プラズマ密度を求める.3上記の結果について,高周波電界と磁場の関係がプラズマ生成に及ぼす影響を調べる.安定した高密度プラズマ生成は無電極推進機関に不可欠な要素であり、本研究はそのための基盤技術の一つとして大きな意義を持つものである。本実験の無電極推進との関わりと今後の計画についても言及する。フレア時の太陽表面では、しばしば温度異方性を持つイオン分布が形成される。磁力線垂直方向の温度成分が卓越したイオン分布は、沿磁力線方向に伝播するイオンサイクロトロン波を比較的容易に励起することが知られている。太陽表面では少なからず重イオンが存在するため、励起される波動の分散関係は単一イオン種プラズマ中のそれとは異なるものになる。多イオン種プラズマに特有の高位相速度非MHD波動は強い電場成分を含むため、粒子加速に効率的に作用する可能性がある。従来のMHDシミュレーションやハイブリッドシミュレーションでは、これらの高位相速度波動を正しく取り扱うことができないため、この非MHD波動モードはこれまであまり注目されてこなかった。本研究では、重イオンとしてアルファ粒子を含む3成分プラズマを考え、プロトンやアルファ粒子に温度異方性を与えた場合のイオンサイクロトロン不安定性の長時間発展を、フル粒子シミュレーションを用いて再現する。プロトンのイオンサイクロトロン波の非線形発展過程において高位相速度非MHD波動が励起されることを示し、その波動スペクトルの特徴や粒子加速過程について議論する。研究を行っている(HEATプロジェクト)[1].プラズマ生成はヘリコン波を用いるが、プラズマ加速には様々な方法を提案しており、その一つが外部から与える電磁場のポンデロモーティブ力を利用してプラズマを加速する方法である。本講演では理想化された単純な磁場配位および東海大学における現実的な磁場配位およびプラズマ条件のもとでのテスト粒子シミュレーションの結果を紹介する。これは今後のポンデロモーティヴ加速の室内実験結果解析の際の比較対象となることが期待される.まず、理想化された単純な磁場配位におけるテスト粒子シミュレーションを紹介する.粒子加速の外部電磁場や背景磁場パラメータへの依存性の詳細を述べる。次に,東海大学でのヘリコンプラズマ装置をモデルとした、実際の磁場配位およびプラズマ条件のもとでのテスト粒子シミュレーション結果を紹介する.特に重要なのはプラズマによる外部電磁場のシールド効果である。現実的パラメータのもとでのプラズマ加速の推定を行う。惑星探査などの長期ミッションにおいては比推力の高い電気推進機関が有効であり注目されている。これは推進剤としてプラズマを用い、これを加速することにより推進力を得る方法である。イオンエンジン等、既存の多くの電気推進機関は有電極型のため、プラズマとの接触による電極摩耗による寿命の制限が大きな問題となっている。この現状を踏まえ、我々はプラズマ生成、プラズマ加速の両段階ともに無電極である、完全無電極型の新しい電気推進機関の開発研究を始動した(HEATプロジェクト)[1]。無電極プラズマ生成はヘリコン波を用いることにより、安定に高密度・低温度プラズマが得られることが実験的にほぼ確立している[2]。無電極プラズマ加速としてはいくつかの方法が考えられるが、本研究では回転磁場(RMF)型の加速機構について発表する[3]。この方法では、円柱プラズマに対して、その軸と垂直方向に回転外部磁場をかけることにより、プラズマ内部に周回方向の定常電子電流を誘起する。これは核融合分野で知られた、回転磁場による磁場逆転配位のプラズマ閉じ込め(FRC)の方法と同じものである。背景磁場に径方向成分があれば(発散磁場配位であれば)、励起された電子電流と背景磁場とのローレンツ力により軸方向の定常推進力が得られるはずである[4]。本講演では、発散磁場のもとでのRMF機構について、数値シミュレーションを行った結果を発表する。円柱プラズマを流体として扱い、回転外部磁場を境界条件として与えて発展方程式系を解くことにより、プラズマ内への磁場浸透を定量的に評価することができる。径方向磁場の無い場合については幾つかの計算結果があるが[5]、これらでは円柱内のプラズマ密度は一様と仮定されている。実際の円柱プラズマ内のプラズマ密度は非一様であり、壁近傍ほどプラズマ密度は低くなる。径方向磁場の主要パラメータに依存してどのように磁場浸透の空間スケール及び時間スケールが決まるかを議論する。太陽表面などの重イオンを比較的多く含むプラズマでは、波動の分散関係が単一イオン種プラズマ中のそれとは大きく異なる。位相速度の大きい非MHD波動は強い電場成分を含むので、荷電粒子を効率的に加速する可能性がある。この波動モードは、いわゆるMHD近似では記述されないため、これまで粒子加速源として注目されることはほとんどなかった。この種の高位相速度非MHD波動は、イオンの温度異方性に伴うサイクロトロン不安定性の非線形発展として自己無撞着に励起されることが分かっている。そこで本研究では、重イオンとしてアルファ粒子を含む場合について、この非MHD波動を介した粒子加速の素過程を、テスト粒子計算を用いて詳細に調べる。ここでは、非線形発展する波動を非MHD波動を含む3つの結合波動モードの組(トリプレット)でモデル化し、様々なトリプレットとテスト粒子の相互作用を系統的に調べる。これまでのところ、トリプレットとして非MHD波動を含む場合にアルファ粒子の加速効率が大きくなることや、強磁場条件下でプロトンの加速効率が著しく上昇することが分かった。これらの加速機構の詳細を明らかにする。惑星探査などの長期ミッションにおいては比推力の高い電気推進機関が有効であり注目されている。これは推進剤としてプラズマを用い、これを加速することにより推進力を得る方法である。イオンエンジン等、既存の多くの電気推進機関は有電極型のため、プラズマとの接触による電極摩耗による寿命の制限が大きな問題となっている。プロジェクト)[1]。無電極プラズマ生成はヘリコン波を用いることにより、安定に高密度・低温度プラズマが得られることが実験的にほぼ確立している[2]。ヘリコン波のプラズマ密度は10-13程度であり、電気推進機関への応用が期待できる。ヘリコン波によるプラズマの生成機構は未解明の重要な課題である。ヘリコン波からプラズマへのエネルギー輸送、つまりヘリコン波の減衰過程は、これまで粒子運動論と流体メカニズムの二つの取り扱いが考えられてきた。初期は、電子加速に着目し、ヘリコン波による衝突減衰とランダウ減衰が考えられてきたが、高効率のプラズマ生成を説明するには不十分である。近年になり、Shamrai等によって、高効率のヘリコン波プラズマ生成機構にはTGモードからヘリコンモードへの変換で生じる静電波が寄与している、という流体的なモード変換理論が提案された[3]。本発表ではまず、円柱内におけるヘリコン波の分散関係について述べる。背景磁場がBz=B0zの円柱内に閉じ込められた一様密度のプラズマを考える。1999.03.本データベースの内容を無断転載することを禁止します。