講義資料

宇宙とラボをつなぐプラズマ物理
吉田善章
RT-1 project
（システム創成E&Eコース・先端エネルギー工学専攻 ）
Jovian magnetosphere
RT-1 magnetospheric plasma
プラズマとは
• 宇宙で自ら光るもの
固体液体気体プラズマ
• 天体＝プラズマのエネルギーの源  核融合
太陽の火とは
太陽観測衛星「ようこう」
（宇宙科学研究所）
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質量は地球の33万倍，半径は100倍．
中心部は1000万度，密度は100g/cm3．
3.8×1026Wの核融合炉．
自己重力が核融合の熱（圧力）とバランス．
エネルギーと共にプラズマ（太陽風）を放出．
核融合エネルギーとは
• 物質の状態変化 → エネルギー
分子（電子）の状態変化→化学エネルギー
原子核の状態変化→核エネルギー
• エネルギー発生のマクロな仕組みは？
太陽のエネルギー発生メカニズム
安定的な核反応が持続されるための「構造」
→ プラズマ物理学
• 現代科学による「火盗み」の挑戦
〈渦〉
渦とは何か
http://agora.ex.nii.ac.jp/
Photo by K. Okano
http://solar.physics.montana.edu/
http://apod.nasa.gov/
渦は宇宙の基本構造
Cited from http://www.astronomynotes.com/cosmolgy/s12.htm
集団現象 非線形現象
apalog.com/merino/archive/3
kurasse.jp/member/little-kinoko778/note/93577
時空の歪み  〈渦〉
「磁場」周期運動
(action-angle) 階層分離
〈擬粒子〉の位相空間
Jacobian weight
Point dipole
Density clump in lab-frame space
Adiabatic invariants
 phase space of “quasi-particles”
 thermodynamic distribution on a Casimir leaf
A magnetosphere on the Earth
RT-1 project
ＲＴ－１ 地上の磁気圏
RT-1で生成される超高温プラズマ
• 高性能プラズマ閉じ込めを実証
   e  0.7
Te  10~ 20keV, ne  10  10 m
16
 E  0.5 sec
17
3
電子サイクロトン共鳴によるプラズマ生成
まとめ
• 宇宙の物質＝プラズマ
→ そのエネルギー源＝核融合
→ その「構造」＝〈渦〉
• RT-1による挑戦
→ 宇宙の基本構造＝磁気圏渦構造の解明
→ 高性能な核融合の可能性
レポート課題
「集団現象」の具体例をあげ，その面白さ，
理解の難しさ，科学としての重要性につい
て議論せよ．