2.2. モンテカルロシミュレーション
2.2.4. エネルギー付与の結果
これらの軌道計算結果に対して，プラズマ内部に与えられたエネルギーを PIC(パーティクル・イン・セル)法によって集計し，その付与効果を検証した．集 計したエネルギー付与の空間分布を，ガスフロー速度が 170 km/s の場合を Fig.
2.5，100 km/sの場合をFig. 2.6として示す．170 km/sの結果において，重水素が
セパラトリクス領域の中心部分に付与されていることがわかる．これに対して，
ヘリウムは中心部分に付与されているのがごく僅かであり，大半はセパラトリ
Fig. 2.4 イオン化後の重水素，ヘリウム，アルゴンの代表的な軌道．
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クスを抜けた後方の領域にエネルギーを与えており，プラズマの加熱にはあま り寄与していないことがわかる．一方アルゴンは計算領域内での付与が殆ど見 られないが，これは粒子の質量が大きいため磁場の影響を受けにくく，直線的に 動くために殆どの粒子がプラズマに捕捉されずに損失しているためである．100 km/s の場合では，重水素とヘリウムはセパラトリクスに近い外縁領域に多くエ ネルギーを付与しており，中心部分まではあまり浸潤していないことがわかる．
アルゴンについては170 km/s の場合と同じく殆どセパラトリクスを突き抜けて いるが，エネルギー付与は若干改善されている．
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Fig. 2.5 フロー速度が170 km/sのときの重水素，ヘリウム，アルゴンそれぞれのエネル
ギー付与の空間分布．
D
-1.0 0.0 1.0 [m]
0 30 15 [cm]
30 He [cm]
-1.0 0.0 1.0 [m]
0 15
Ar
-1.0 0.0 1.0 [m]
0 30
15 [cm]
4000
0
Fig. 2.6フロー速度が100 km/sのときの重水素，ヘリウム，アルゴンそれぞれのエネ
ルギー付与の空間分布．
Ar
-1.0 0.0 1.0 [m]
0 30 15 [cm]
He
-1.0 0.0 1.0 [m]
0 30 15 [cm]
D
-1.0 0.0 1.0 [m]
0 30 15 [cm]
2000
0
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これらの結果について，付与されたエネルギー量をグラフ化したのがFigs. 2.7, 2.8である．供給エネルギーだけを見れば，他の元素に対して質量が極端に大き いアルゴンが最も大きい．しかし質量が1/20である重水素に対してエネルギー 付与量は2倍であることから，エネルギーの回収率は最も小さいことがわかる．
これは，Fig. 2.5においてアルゴン粒子の大部分がセパラトリクス領域を突き抜
けていることが関係している．これによりエネルギー供給に適する粒子種は重 水素かヘリウムとなるが，重水素については発生したイオンのうち荷電交換反 応に由来するものが100 km/sの場合71%，170 km/sの場合77%にのぼるため，
粒子供給の効果が少ない．このため粒子とエネルギー両面での供給の為には，
ヘリウムが最も適切であると考えられる．
Fig. 2.7 フロー速度が100, 170 km/sの場合における重水素，ヘリウム，アルゴンそれ
ぞれの付与エネルギーと，そのセパラトリクス内外における割合．
0 2 4 6 8 10 12
D (100) D (170) He (100) He (170) Ar (100) Ar (170)
Deposition Energy [J]
Elements of neutral gas ( Translation speed [km/s] ) Separatrix Inside Separatrix Outside
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