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大学・研究所にある論文を検索できる 「Vlasov コードによる接触不連続に関するシミュレーション研究」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
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Vlasov コードによる接触不連続に関するシミュレーション研究

辻根 成 富山大学

2020.03.24

概要

接触不連続は磁気流体⼒学において、異なるプラズマ密度と温度を分ける不連続⾯（境界層）であり、不連続⾯の法線⽅向の速度変化および磁場変化がなく、圧⼒が⼀定である。境界層を挟んだ領域 1 と 2 における物理量の関係は磁気流体⽅程式から導かれるジャンプ条件により記述される。接触不連続は運動論における安定性が⻑らく議論されている。ここで、接触不連続が維持するとは、その数密度の不連続⾯が崩れず⻑時間残り続けることである。本研究は、磁気流体⽅程式により導出される接触不連続を運動論⽅程式が⽤いられる Vlasov コードによってシミュレーションするものである。

第⼀に、運動論⽅程式から流体⽅程式を経由して接触不連続の導出を⾏う。本研究において、運動論⽅程式によるシミュレーション⼿法を⽤いて、流体⽅程式の不連続解として知られる接触不連続の研究を⾏うため、これらの関係性を明らかにした。運動論における接触不連続のシミュレーション研究では、これまで full-Particle-In-Cell (PIC) 法、hybrid-PIC 法と full-Vlasov 法が⽤いられてきた。運動論シミュレーションの研究において、しばしば PIC 法が⽤いられるが、粒⼦に起因するノイズが含まれる。本研究において、接触不連続の構造を⾼精度に観測するために粒⼦によるノイズがない Vlasov 法を⽤いた。特に、静電 hybrid-Vlasov シミュレーションは計算例が少ないため、静電 hybrid-Vlasov シミュレーションに⽤いる⽅程式の分散関係より、コードの性能を確かめた。

第⼆に、衛星観測により得られたデータに基づく初期値を⽤いて、full-Vlasovシミュレーションを⾏い、初期の電⼦とイオンの温度に対して温度依存性を詳細に解析した。その結果、電⼦時間スケールで⼀様な全圧を形成するためには、 Tsai et al. の条件を⽤いるのではなく、領域 1 と 2 における電⼦温度をほとんど⼀様とする必要があることがわかった。つまり、この結果は先⾏研究の結果を修正するものである。また、衛星観測により得られたデータの温度⽐を含む、様々に変化させた全ての温度⽐において、イオン数密度の遷移層は広がるため、不連続⾯は維持しないということがわかった。すなわち、電⼦時間スケールにおいて全圧が⼀様であったとしても不連続⾯は維持しない。さらに、Tsai et al. の条件の導出を再考したところ、運動論的な平衡解を満たすには温度を⼀様とする必要があることがわかった。ただし、温度が⼀様であったとしても、初期に静電ポテンシャルの変化を仮定しない場合、イオン数密度は不連続ではないこともわかった。

第三に、接触不連続の安定性を研究するために観測データに基づく初期値を⽤いた⼀次元の静電 hybrid- と full-Vlasov シミュレーションを⾏った。静電 hybrid-Vlasov シミュレーションではイオン数密度のシャープな勾配は早い段階で形成され、その後⻑い期間維持される。しかし、このシャープな勾配は静電 full-Vlasov シミュレーションでは存在しない。⼀般化 Ohm の法則は静電 hybrid- と full-Vlasov 両⽅のシミュレーションにおいて、イオン時間スケールで電⼦圧⼒勾配によって電場をサポートすることを⽰している。静電 hybrid-と full-Vlasov シミュレーションの間で電⼦圧⼒の時間発展の違いがあること、そして、その原因は主に電⼦ヒートフラックスによることが⽰された。

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参考文献

[1] T. C. Tsai, L. H. Lyu, J. K. Chao, M. Q. Chen, and W. H. Tsai. A theoretical and simulation study of the contact discontinuities based on a Vlasov simulation code. Journal of Geophysical Research (Space Physics), Vol. 114, p. A12103, 2009.

[2] W.-C. Hsieh, J.-H. Shue, J.-K. Chao, T.-C. Tsai, Z. Nemecek, and J. Safrankova. Possible observa- tional evidence of contact discontinuities. Geophysics Research Letters, Vol. 41, pp. 8228–8234, 2014.

[3] G. Lapenta and J. U. Brackbill. Contact discontinuities in collisionless plasmas: A comparison of hybrid and kinetic simulations. Geophysics Research Letters, Vol. 23, pp. 1713–1716, 1996.

[4] W. Baumjohann and R. A. Treumann. BASIC SPACE PLASMA PHYSICS, chapter 8, pp. 204–205. Imperial College Press, 1996.

[5] M Brio and C.C Wu. An upwind differencing scheme for the equations of ideal magnetohydrody- namics. Journal of Computational Physics, Vol. 75, No. 2, pp. 400 – 422, 1988.

[6] B. H. Wu, J. K. Chao, W. H. Tsai, Y. Lin, and L. C. Lee. A hybrid simulation of contact discontinuity. Geophysics Research Letters, Vol. 21, pp. 2059–2062, 1994.

[7] T Umeda, N Tsujine, and Y Nariyuki. Vlasov code simulation of contact discontinuities. Physics of Plasmas, Vol. 26, No. 10, p. 102107, 2019.

[8] C. K. Birdsall and A. B. Langdon. Plasma Physics via Computer Simulation. McGraw-Hill, 1985.

[9] O. Buneman. Computer Space Plasma Physics: Simulation Techniques and Software, chapter 3, pp. 67–84. Terra Scientific Publishing Company, 1993.

[10] C. Z. Cheng and G. Knorr. The integration of the Vlasov equation in configuration space. Journal of Computational Physics, Vol. 22, pp. 330–351, 1976.

[11] D. Winske and N. Omidi. Computer Space Plasma Physics: Simulation Techniques and Software, chapter 5, pp. 103–160. Terra Scientific Publishing Company, 1993.

[12] B. U. Ö Sonnerup and L. J. Cahill Jr. Magnetopause structure and attitude from explorer 12 observations. Journal of Geophysical Research, Vol. 72, No. 1, pp. 171–183, 1967.

[13] W. Baumjohann and R. A. Treumann. BASIC SPACE PLASMA PHYSICS, chapter 8, pp. 209–216. Imperial College Press, 1996.

[14] T. Haruki, N. Tsujine, S Yonezawa, and M. Sato. Suppressed reflection of electric fields induced in a stressed x-point collapse. Plasma and Fusion Research, Vol. 14, pp. 3401076–3401076, 2019.

[15] T Umeda, M Ashour-Abdalla, and D Schriver. Comparison of numerical interpolation schemes for one-dimensional electrostatic vlasov code. Journal of Plasma Physics, Vol. 72, No. 6, p. 1057–1060, 2006.

[16] T Umeda. A conservative and non-oscillatory scheme for vlasov code simulations. Earth, Planets and Space, Vol. 60, No. 7, pp. 773–779, 2008.

[17] T. Umeda, Y. Nariyuki, and D. Kariya. A non-oscillatory and conservative semi-lagrangian scheme with fourth-degree polynomial interpolation for solving the vlasov equation. Computer Physics Communications, Vol. 183, pp. 1094 – 1100, 2012.

[18] W. Baumjohann and R. A. Treumann. BASIC SPACE PLASMA PHYSICS, chapter A.1, pp. 447–447. Imperial College Press, 1996.

[19] F. Valentini, P. Trávníček, F. Califano, P. Hellinger, and A. Mangeney. A hybrid-vlasov model based on the current advance method for the simulation of collisionless magnetized plasma. Journal of Computational Physics, Vol. 225, pp. 753 – 770, 2007.

[20] T. Amano. A generalized quasi-neutral fluid-particle hybrid plasma model and its application to energetic-particle-magnetohydrodynamics hybrid simulation. Journal of Computational Physics, Vol. 366, pp. 366 – 385, 2018.

[21] Y. Omura and H. Matsumoto. Computer Space Plasma Physics: Simulation Techniques and Software, chapter 2, pp. 21–65. Terra Scientific Publishing Company, 1993.

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