共同研究・競争的資金等の研究課題

1999年 - 2001年

ダストプラズマにおける微粒子の成長過程とダイナミックスのシミュレーション研究

日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)
  • 渡邉 国彦
  • ,
  • 田村 祐一
  • ,
  • 高丸 尚教
  • ,
  • 石黒 静児
  • ,
  • 佐藤 哲也
  • ,
  • 渡邊 智彦

課題番号
11680493
体系的課題番号
JP11680493
配分額
(総額)
3,300,000円
(直接経費)
3,300,000円

プラズマ中の微粒子に対し、電気的に中性な状態からスタートさせ、帯電していく過程を追いかけつつ、微粒子の運動・成長過程を追跡できる世界で最初の、また、現時点で唯一のシミュレーションコードを開発した。このシミュレーションコードを実行することにより、これまでに以下のことを実証した。1)背景プラズマの温度などのパラメータがある範囲内にあるとき、小さな微粒子(半径10nm程度)が、プラズマ中にわずかに存在する高速電子の衝突、あるいは、紫外線などの光電効果によって2次電子を発生させ、正の帯電状態になったり、電子が付着することによって負の帯電状態になったり、2つの準安定な帯電状態の間をフリップフロップ的に電荷が変化すること。2)互いに反対符号の電荷を持つ微粒子同士が同時に存在するため・凝集・凝固して、より大きな微粒子に成長していくこと。3)最大成長を示す微粒子の大きさは10nm程度であり、初期に与えられた微粒子がそれより大きすぎても小さすぎても微粒子はあまり成長しないこと。4)微粒子が成長するためのパラメータ領域(微粒子の大きさや背景プラズマの温度などのパラメータ)が、高速電子による2次電子発生効果だけの時よりも光電効果を取り入れた時の方がより広くなること、従って、光電効果が大きな役割を占める宇宙プラズマでは、より容易にフリップフロップ効果すなわち凝集過程が起こり、かなり大きな微粒子が存在しうること。5)成長した微粒子の形状は、いくつもの球が非一様にくっついた、ブルーベリー状を示し、プロセスプラズマにおけるシリコンの成長実験等で得られた形状と一致すること。6)外部から一定の電磁場を与えた場合、形状の非一様性はより顕著になること、従って、微粒子がある程度大きくなると、重力場が成長していく微粒子の形状に大きな影響を与える可能性があること。これらの結果は、プロセスプラズマで観測されている事実と定性的にも定量的にも一致している。一方、微粒子の成長過程を詳細に調べるために、仮想現実可視化表現法の開発も行った。これまでに、一つの微粒子だけに着目して、それが3次元仮想空間でブルーベリー状に成長してい行く様子を表現することに成功した。

リンク情報
KAKEN
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11680493
ID情報
  • 課題番号 : 11680493
  • 体系的課題番号 : JP11680493