摂南大学 理工学部 電気電子工学科

プラズマ理工学研究室 研究の概要

 当研究室では,「プラズマ」,「レーザー」,「計算機科学」,「宇宙」をキーワードとして以下のようなテーマで卒業研究を行っています。難しそうな項目が並んでいますが,プラズマ物理の基礎原理,計算機の使い方,実験方法などは基礎からゆっくり積み上げていくように指導していますから大丈夫ですよ。

 なお,最後2つの研究テーマは大阪大学レーザー科学研究所との共同研究です。


磁気流体プラズマの計算機シミュレーション

 宇宙に存在する物質の99%はイオンと電子がばらばらになったプラズマ状態でできています。プラズマは地磁気のような外部磁場に影響されると同時に自分で内部に磁場を発生するため非常に複雑な動きをします。この複雑な運動を磁気流体力学(MHD)の計算機シミュレーションを用いて解析します。例えば,オーロラの起源となる地球磁気圏の運動,太陽表面爆発であるフレア現象などを解析します。

超高強度レーザーとプラズマの相互作用

 近年,チャープパルス増幅というパルス圧縮技術により,1020W/cm2 を越える超高強度のレーザー光が得られています。これをプラズマに当てるとその大きな電界で揺すられた電子は光速近くまで達し,従来は星の内部や加速器中でしか起こらなかった様々な極限現象が一気に出現します。この様な極限状態を計算機シミュレーションにより解析します。

計算機シミュレーションを用いた宇宙の研究

 宇宙は広く,地上から観測できるのは可視光・X線などの電磁波と一部の高エネルギー粒子しかありません。これに対し,最近の物理学を駆使して星の内部構造や銀河系の生成過程,果ては中性子星やブラックホールの成り立ちなどを計算機で再現する研究が盛んに行われています。これを研究室の計算機で行い,実際の星のデータとの比較研究を行います。

高速流体のシミュレーション

 超音速ジェット機のまわりを通過する気体の流れのように,形のある物体を高速で通過する流体をシミュレーションすることは,境界条件が複雑なため難しい問題です。これに対して,様々なシミュレーション技法を応用することで,最適な手法の開発を行います。

慣性核融合プラズマの理論的解析

 慣性核融合においては,極短時間に微小領域で高密度のプラズマが発生して核融合反応が起こるため,その物性的性質は非常に複雑です。この慣性核融合における爆縮運動や核融合反応過程の様子をシミュレーションまたは理論的に解析してその物理的構造を探ります。

自由電子レーザーの計算機シミュレーション

 大出力かつ波長可変なレーザーを目指して開発されている自由電子レーザーは,相対論的エネルギーを持つ電子と電磁場の相互作用により発生します。計算機シミュレーションの手法を用いて自由電子レーザーの増幅・発振特性を解析し,短波長化や効率向上の開発を行います。最近では半導体技術を用いたマイクロ自由電子レーザーの研究も行っています。

非線型問題の計算機解析

 最近,カオス・フラクタルなどの複雑系現象が様々な物理現象や社会現象中で発見されて注目されています。これらの新しい現象を簡単化したモデルにより解析して,その基本原理を探ります。また,この非線型問題を手軽に効率良く解析するための新しいコンピュータシステムの開発を行います。

並列コンピューティング技法の開発と可視化処理

 コンピューターの小型化・高性能化により最近の計算機解析手法は大きく変わりつつあります。本学でも,UNIXのマシンが多数導入されましたので,これを用いてマルチCPUによる並列計算手法などを開発して,大規模シミュレーションへの応用の可能性を探ります。またコンピュータグラフィックスやアニメーションによる2次元・3次元データの可視化解析ソフトを開発します。

慣性核融合の開発研究

 慣性核融合技術の開発においては,レーザーまたはイオンビームなどのエネルギードライバー開発,反応した際の核融合プラズマ診断,核燃料を取り扱うためのペレット技術などの総合的な開発が必要です。ここでは,これらの研究の一翼を担ってレーザー装置の開発やプラズマ反応実験などを行ないます。

各種大型レーザーの応用研究

 大出力コヒーレント光源であるレーザーは現在色々な方面での応用が期待されています。ここでは,ガラスレーザー,炭酸ガスレーザー,エキシマレーザーなどの各種大型レーザーを用いて,新しい分野への応用を開拓します。

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