公立大学法人 兵庫県立大学大学院シミュレーション学研究科

沼田研究室
Numata Laboratory

プラズマ中の複雑現象に関する研究

1.天体・核融合プラズマ現象の理解
プラズマとは、高温・高圧で構成物質が電離した状態であり、宇宙に存在する物質の99% 以上がプラズマ状態にあるといわるように非常にありふれた存在です。太陽や地球などの惑星周辺のプラズマの振る舞いを理解することがプラズマ物理の一つのテーマです。また、プラズマの重要な応用として核融合発電があります。核融合発電では、水素などの軽い粒子を非常にエネルギーの高い状態に保持し、制御する必要がありますが、そのためにはプラズマの挙動を詳しく理解しなければなりません。特に、磁気リコネクション現象や電磁的プラズマ乱流などの基礎的な物理過程に興味を持って理論的な研究を行っています。

2.複雑系としてのプラズマ物理
プラズマは、カオスや自己組織化など、非線形性から発現する複雑現象の宝庫です。例えば、太陽表面のループ状の磁場構造や惑星大気における帯状流などの独特の構造が、プラズマの複雑な振る舞いの中から自発的に形成されることが観測されています。また、これらと類似した構造が核融合プラズマにおいても形成されることが知られています。複雑な現象の背後にあるシンプルでユニバーサルな法則を理解することを目指しています。

3.プラズマの大規模シミュレーション
プラズマの運動は力学(流体力学)や電磁気学などいわゆる古典物理学と呼ばれる範囲でおおよそ理解され、プラズマの運動を支配する法則はよく分かっているといえます。しかし、プラズマを構成する電子のような粒子と、例えば地球や太陽などの天体など、スケールの異なる要素のダイナミクスを同時に扱う必要があるため、法則を解析してプラズマの振る舞いを正確に予測することは容易ではありません。そのためコンピュータを用いたシミュレーションが活用されています。最先端のスーパーコンピュータを効率よく用いて大規模シミュレーションを行うために、シミュレーション手法やシミュレーションコードの開発を行っています。



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