电子加速机构.PPT

名大理　樋田美栄子 Contents １．Introduction 　　宇宙における高エネルギー粒子 　　　　フェルミ加速 ２．非線形磁気音波の構造 ３．非線形磁気音波による粒子加速についての 　　理論と粒子シミュレーション 　　 ?　イオンの加速 　　　　 ?　電子の加速 ?　陽電子加速 ４．今後の課題 太陽フレア I ? 最高エネルギー イオン109 ~ 1010 eV 電子107 ~ 108 eV 太陽フレア　II 太陽高エネルギーイオンの組成　 宇宙線 最高エネルギー~ 1020 eV 起源：不明 機構：不明 超新星残骸SN1006 Ｘ線分布 高エネルギー電子のシンクロトロン放射 超新星残骸 Fermi加速モデル 　 運動している「磁気雲」に、粒子が何度も反射されて徐々にエネルギーを獲得 非統計的加速の探求 磁気流体波 一様な磁化プラズマ中の磁気流体波 ?　シアーアルヴェン波　 ?　速い磁気音波　 ?　遅い磁気音波　 ２流体モデルでみた磁気音波 運動論的効果 非線形磁気音波中の電磁場 非線形磁気音波によるイオン加速 イオン加速の粒子シミュレーション イオン加速の反作用 重イオン加速のシミュレーション 重イオンの加速機構 イオンのエネルギー 高速イオンの加速 高速イオンの加速 ：直角伝播の場合 斜め磁気音波による加速 v0// cosθ ~ vsh 多段加速を受ける。 p// (v//) の増大。 　 v0// cosθ vsh ? 粒子は波の前方に抜け出てしまい、加速は終了！ vsh ~ c cosq0 運動量に上限はないが、速度は光速cを超えられない。 衝撃波の出入りによって p||=m0gv0|| は増大し続けるが、 v0// cosq0は vsh程度で抑えられる。 　 ?　粒子は衝撃波と共に非常に長い時間動く。　 その結果、加速時間が劇的に増大する。 gの劇的増大 衝撃波に42回加速されて、Lorentz因子がg~4から160以上まで増大した。 電子加速 不安定性による電子の加速 超相対論的電子の生成 斜め衝撃波による電子の加速 主パルス後部における反射 Fの非定常性と電子捕捉 Fのプロファイル 捕捉電子の数の変化 弱磁場中の電子加速 陽電子を含むプラズマ ?　電子?陽電子プラズマ 　 電荷分離なし　?　縦電場は形成されない 　強い加速を示したものはない 長時間シミュレーション 今後の課題 まとめにかえて 　３次元相対論的電磁粒子コードの開発がほぼ完了し、衝撃波のシミュレーション研究を開始しました。 ご期待下さい！ 　　 では、イオンの加速について説明します。こちらは波の系での粒子軌道で、このオレンジの領域で、正の電場Ｅｘが存在する。 波の系では、粒子は、ほぼーＭＶＡの速度で波の領域に突入する。大部分のイオンは、通過するが、一部のイオンが反射される。 反射された粒子は波の系では、速度の向きが反対になるだけであるが、波の系では、これは、ほぼ止まっていた粒子が、波の2倍の速度にまで加速されたことに相当する。反射された粒子は磁場がないとそのまま上流に行ってしまいますが、磁場が存在するために、ローレンツ力により軌道が曲げあられ、再度、波の領域に突入する。今度は、大きなエネルギーを持っているため、通過します。 反射される粒子というのは、突入時のエネルギーがポテンシャルエネルギーよりもちいさいもので、その条件はこのようにあらわされる。つまり、分布のすその部分の粒子が反射されることになります。 Ex Ex Ey0 Ey0 Ey0 Ey0 eFM + eEy0Dy ≈ 0 x y (0) -eFM - eEy0Dy ≈ 0 (0) (0) (0) eFM - eEy0Dy 0 (0) (0) 反射されると 高エネルギーに 電子加速の機構 波の系での電子軌道 ? Bz 旋回半径 遷移領域の幅 ドリフト近似： 厳密な反射の条件は　 Vd ＜0 直角伝播　E||=0 斜め伝播　E||≠0 （添字 0 は上流での値） の粒子は反射される -eF 反射電子は捕捉される！ 透過 反射 パルス後面で -Fが正になった時に、電子は反射 Ｆの時間変化　? Zindo and Ohsawa: Phys. Plasmas 12 (2005) 052321 単調増加 容易に離脱できない 衝撃波に深く捕捉 Sato and Ohsawa; Phys. Plasmas 12 (2005)052308 γ We/wpe=0.4 q = 60° Mms =17.9 大振幅衝撃波中の小振幅パルスによる加速 主パルスと小パルスの伝播 主パルス 小パルス 小パルスの後方で 高エネルギー電子 が生成