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暴走電子（RE）という用語は、自由落下加速を受けて相対論的粒子の領域に落ちた電子を指すために使用されます。REは、熱的（低エネルギー）または相対論的に分類できます。暴走電子の研究は、高エネルギー大気物理学を理解する上で基礎となると考えられています。[1]暴走電子はトカマク核融合装置でも見られ、原子炉を損傷する可能性があります。
稲妻
暴走電子は、暴走破壊に基づく雷の伝播理論の中核となる要素です。1925年のCTR ウィルソンの研究以来、[2]宇宙線に基づくものであろうとなかろうと、暴走電子が雷の発生に必要なプロセスを開始する可能性を研究する研究が行われてきました。[3]
地球外現象
電子暴走による雷は、地球に加えて4つの巨大惑星でも発生している可能性がある。シミュレーション研究では、暴走破壊が始まる閾値が地球よりもはるかに小さいため、これらのガス惑星では暴走破壊プロセスが地球よりもはるかに簡単に発生する可能性が高いと予測されている。[4]
高エネルギープラズマ
暴走電子現象は高エネルギープラズマで観測されている。暴走電子は、ITERを含むこれらのプラズマが存在する機械や実験に脅威を与える可能性がある。これらの環境 (トカマク)における暴走電子の特性を調査し、これらの望ましくない暴走電子の有害な影響をより効果的に抑制する研究がいくつかある。 [5]最近の測定では、暴走電子プラトーでの不純物イオンの拡散が予想よりも高いことが明らかになった。これは乱流によるものと思われる。破壊緩和技術のために低原子番号 (Z) ガス注入と高原子番号 (Z) ガス注入のどちらを選択するかは、不純物イオンの輸送をよりよく理解することが必要である。これらのイオンは衝突時に完全に混ざらない可能性があり、ITER のような大型トカマクコンセプトにおける暴走電子の壁の損傷防止に影響を与えるからである。[6]
コンピュータと数値シミュレーション
この非常に複雑な現象は従来のシステムではモデル化が難しいことが判明していますが、世界最強のスーパーコンピュータで部分的にモデル化されています。[7] さらに、電子暴走の側面は、人気のある粒子物理学モデリングモジュールGeant4を使用してシミュレートされています。[8]
宇宙実験
- タラニス（CNES）
- ASIM（ESA）
参考文献
- ^ Dwyer, Joseph R.; Smith, David M.; Cummer, Steven A. (2012年11月1日). 「高エネルギー大気物理学: 地上ガンマ線フラッシュと関連現象」.宇宙科学レビュー. 173 (1–4): 133–196. Bibcode :2012SSRv..173..133D. doi : 10.1007/s11214-012-9894-0 . ISSN 0038-6308.
- ^ Wilson, CTR (1925). 「雷雲などの強い電界におけるβ粒子の加速」Proc. Cambridge Philos. Soc . 22 (4): 534–538. Bibcode :1925PCPS...22..534W. doi : 10.1017/s0305004100003236. S2CID 121202128.
- ^ Gurevich, Av; Milikh, Gm; Roussel-Dupre, R. (1992). 「雷雨時の空気の破壊と前処理の暴走電子メカニズム」. Physics Letters . 165.5 (5–6): 463. Bibcode :1992PhLA..165..463G. doi :10.1016/0375-9601(92)90348-p.
- ^ Dwyer, J; Coleman, L; Lopez, R; Saleh, Z; Concha, D; Brown, M; Rassoul, H (2006). 「木星大気における暴走破壊」.地球物理学研究レター. 33 (22): L22813. Bibcode :2006GeoRL..3322813D. doi : 10.1029/2006gl027633 .
- ^ Reux, C.; Plyusnin, V.; Alper, B.; Alves, D.; Bazylev, B.; Belonohy, E.; Boboc, A.; Brezinsek, S.; Coffey, I.; Decker, J (2015-09-01). 「JET-ILW での混乱時の暴走電子ビーム生成と緩和」. Nuclear Fusion . 55 (9): 093013. Bibcode :2015NucFu..55i3013R. doi :10.1088/0029-5515/55/9/093013. hdl : 11858/00-001M-0000-0029-04D1-5 . ISSN 0029-5515. S2CID 92988022。
- ^ Hollmann, EM; Bortolon, A.; Effenberg, F.; Eidietis, N.; Shiraki, D.; Bykov, I.; Chapman, BE; Chen, J.; Haskey, S.; Herfindal, J.; Lvovskiy, A.; Marini, C.; McLean, A.; O'Gorman, T.; Pandya, MD; Paz-Soldan, C.; Popović, Ž. (2022-02-02). 「DIII-Dの暴走電子プラトーにおける不純物イオン輸送の動的測定」. Nuclear Fusion . 29 (2): 022503. Bibcode :2022PhPl...29b2503H. doi : 10.1063/5.0080385 . S2CID 246504822.
- ^ Levko; Yatom; Vekselman; Glezier; Gurovich; Krasik (2012). 「加圧ガス中の暴走電子生成の数値シミュレーション」Journal of Applied Physics . 111 (1): 013303–013303–9. arXiv : 1109.3537 . Bibcode :2012JAP...111a3303L. doi :10.1063/1.3675527. S2CID 119256027.
- ^ Skeltved, Alexander Broberg; Østgaard, Nikolai; Carlson, Brant; Gjesteland, Thomas; Celestin, Sebastien (2014). 「GEANT4 による相対論的暴走電子なだれとフィードバック機構のモデリング」。Journal of Geophysical Research: Space Physics . 119 (11): 9174–9191. arXiv : 1605.07771 . Bibcode :2014JGRA..119.9174S. doi :10.1002/2014JA020504. PMC 4497459 . PMID 26167437.