Relaxation of Azimuthal Flow Pattern from Ring to Bell Shape through Two-Dimensional Turbulence Triggered by Diocotron Instability(Gases, plasmas, electric discharges, and beams)
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概要
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Experimentally observed dynamics of vortex patches, as generated by the diocotron instability in a magnetized pure electron plasma, is examined in terms of the power spectra of the distributions of particles and flux, and the energy spectrum. The global pattern of the azimuthal-flux in the initial ring distribution is torn into mesoscopic blobs with local circulation at the cost of the reduction of the energy in the radial shear of the azimuthal flow. In a turbulent stage characterized by mergers between the blobs, the energy spectrum broadens upward in the wave-number space while the dominant mode shifts downward in such a way as is consistent with a cascade model of the turbulence theory. The rapid relaxation is accompanied by the reduction of enstrophy and enters a slow process whereby a symmetric pattern of the azimuthal flow emerges in a convex profile. Until the asymptotic state, the energy and the angular momentum of the whole plasma system remain conserved but the radial shear is substantially reduced. The spectra in the final state concentrate at symmetric modes with a slight contribution from the orbiting motion of the plasma column. From these experimental results, a picture of the turbulent relaxation involving the vortex dynamics covering wide length scales is given in the wave-number space, which has previously not been pursued with regard to pure electron plasmas.
- 社団法人日本物理学会の論文
- 2006-10-15
著者
-
際本 泰士
京都大学人間・環境学研究科
-
際本 泰士
京大総合人間
-
際本 泰士
筑波大プラズマ研究センター
-
KAWAI Yosuke
Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University
-
KIWAMOTO Yasuhito
Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University
-
ITO Kiyokazu
Graduate School of Advanced Sciences of Matter, Hiroshima University
-
SANPEI Akio
Department of Electronics and Information Science, Kyoto Institute of Technology
-
SOGA Yukihiro
Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University
-
AOKI Jun
Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University
-
ITOH Kimitaka
National Institute for Fusion Science
-
Sanpei Akio
Department Of Electronics And Information Science Kyoto Institute Of Technology
-
Kawai Yosuke
Graduate School Of Human And Environmental Studies Kyoto University
-
Ito Kiyokazu
Graduate School Of Advanced Sciences Of Matter Hiroshima University
-
Soga Yukihiro
Graduate School Of Human And Environmental Studies Kyoto University
-
Kiwamoto Yasuhito
Department Of Fundamental Sciences Faculty Of Integrated Human Studies Kyoto University
-
Kiwamoto Yasuhito
Graduate School Of Human And Environmental Studies Kyoto University
-
Yatsu Kiyoshi
Plasma Research Center University Of Tsukuba
-
Yatsu Kiyoshi
Plasma Research Center The University Of Tsukuba
-
Sanpei A
Department Of Electronics And Information Science Kyoto Institute Of Technology
-
Itoh Kimitaka
National Inst. For Fusion Sci. Gifu
-
Yatsu Kiyoshi
Institute Of Physics The University Of Tsukuba
-
Aoki Jun
Graduate School Of Human And Environmental Studies Kyoto University
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