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[PEM21-07] 球領域内部での流れを伴うMHD緩和
キーワード：磁気流体力学、緩和現象、Yin-Yang-Zhong格子
完全導体の球状容器内部に閉じ込められたMHD（Magnetohydrodynamics, 磁気流体力学）流体の緩和現象は古くから研究されてきた。 磁気ヘリシティ保存という拘束条件の下で磁気エネルギーが最小となるというWoltjer-Taylor理論によれば、緩和状態は（電流と磁場が平行な）スフェロマクと呼ばれるforce-free状態である。 スフェロマクが安定な磁場配位であることは実験で確認されているだけでなく、 その安定性を利用した様々なプラズマ実験（例えばリコネクション実験）も行われている。 しかし、Woltjer-Taylor理論では最終状態での流れのエネルギーが無視できることが仮定されている。 我々はこの仮定が成り立たない場合を探求するため、流れがあるMHD緩和状態がどのようなものかを球を計算領域としたMHDシミュレーションで調べた。 基本方程式は圧縮性のMHD方程式である。 原点を含む全球でのMHD方程式の時間発展を、最近開発したYin-Yang-Zhong格子［Hayashi & Kageyama, JCP, 2016］を使った数値的に追跡した。 古典的なMHD緩和のシミュレーションと本シミュレーションの最も大きな違いは、本研究では（原点も含めた）全球ジオメトリでのMHD方程式を高解像度で（すなわち低粘性率で）計算できるという点である。 一般的なスフェロマク解は、半径方向の固有関数（球ベッセル関数）の固有値nと緯度経度方向の固有関数（球面調和関数）の固有値(l,m)で特徴付けられる。 本研究では、高次モードl,m>1に弱い摂動を加えたものを初期条件としてその時間発展を追跡した。 なお、初期の圧力、密度は一様、速度場はゼロとした。 不安定性のため、高次モードのスフェロマク磁場は計算直後に崩れ始め、流れが生じる。 流体の粘性が十分低いため、この流れは長時間（散逸時間）維持される。 この（準）定常状態における流れの運動エネルギーEKは、磁気エネルギーEMと比較してそれほど大きくない [Ek/EM = O(10-3)]ものの、緩和状態における流れの存在は無視できないことがわかった。 特に、緩和後の電流と磁場が平行ではない、つまりWoltjer-Taylor理論が予測するforce-free状態ではないことがはっきりした。 講演では、様々な初期条件からの緩和過程と緩和後の構造について報告する。