東北大学研究者紹介

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ヒロタ　マコト

廣田　真

Makoto Hirota

所属

流体科学研究所　複雑流動研究部門　計算流体物理研究分野

職名

准教授

学位

博士（科学）（東京大学）
修士（科学）（東京大学）

researchmap

https://researchmap.jp/7000006953

J-GLOBAL ID

201401049022400336

Researcher ID

AAE-4426-2019

所属学協会 3

日本流体力学会
プラズマ・核融合学会
日本物理学会

研究分野 3

ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学 /
自然科学一般 / 数理物理、物性基礎 /
エネルギー / プラズマ科学 /

論文 49

Non-modal secondary growth in a boundary layer modulated by primary crossflow vortices

Yuki Ide, Makoto Hirota

Physics of Fluids　2025年5月1日

DOI： 10.1063/5.0270559 　
Hamiltonian structure of single-helicity, incompressible magnetohydrodynamics, and application to magnetorotational instability

M. Furukawa, M. Hirota

Physics of Plasmas　2025年1月1日

DOI： 10.1063/5.0242899 　
Applicability criteria of proper charge neutrality and special relativistic MHD models extended by two-fluid effects

Shuntaro Yoshino, Makoto Hirota, Yuji Hattori

Physics of Plasmas　31　(12)　2024年12月1日

DOI： 10.1063/5.0243293 　

ISSN：1070-664X

eISSN：1089-7674
A sufficient condition for inviscid shear instability: Hurdle theorem and its application to alternating jets

K. Deguchi, M. Hirota, T. Dowling

Journal of Fluid Mechanics　997　2024年10月10日

DOI： 10.1017/jfm.2024.728 　

ISSN：0022-1120

eISSN：1469-7645
Streamwise-Elongated Sinusoidal Roughness Elements with Enhanced Laminarizing Effect on Three-Dimensional Boundary Layer

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

AIAA Journal　62　(10)　3672-3685　2024年10月

DOI： 10.2514/1.J064044 　

ISSN：0001-1452

eISSN：1533-385X
Stability of Stuart vortices in rotating stratified fluids

Yuji Hattori, Makoto Hirota

Journal of Fluid Mechanics　987　2024年5月16日
出版者・発行元： Cambridge University Press (CUP)
DOI： 10.1017/jfm.2024.398 　

ISSN：0022-1120

eISSN：1469-7645

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The linear stability of the Stuart vortices, which is a model of arrays of vortices often observed in the atmosphere and the oceans, in rotating stratified fluids is investigated by local and modal stability analysis. As in the case of the two-dimensional (2-D) Taylor–Green vortices, five types of instability appear in general: the pure-hyperbolic instability, the strato-hyperbolic instability, the rotational-hyperbolic instability, the centrifugal instability and the elliptic instability. The condition for each instability and the estimate of the growth rate derived by Hattori & Hirota (J. Fluid Mech., vol. 967, 2023, A32) are shown to also be useful for the Stuart vortices, which supports their applicability to general flows. The properties of each instability depend on stratification and rotation in a way similar to the case of the 2-D Taylor–Green vortices. For the Stuart vortices, however, the centrifugal instability and the elliptic instability become more dominant than the three hyperbolic instabilities in comparison to the 2-D Taylor–Green vortices; this is explained by the larger ratios of the maximum vorticity and the strain rate at the elliptic stagnation points to the strain rate at the hyperbolic stagnation points. Direct correspondence between the modal and local stability results is further established by comparing unstable modes to solutions to the local stability equations; this is useful for identifying the types of modes since the mechanism of instability is readily known in the local stability analysis. This helps us to discover the modes of the ring-type elliptic instability, which have been predicted only theoretically.
Experimental Validation of the Suppression of Cross flow Instability by Sinusoidal Roughness Elements

Sayaka Suzuki, Aiko Yakeno, Yasufumi Konishi, Naoko Tokugawa, Makoto Hirota, Hikaru Takami, Shigeru Obayashi

AIAA SciTech Forum and Exposition, 2024　2024年

DOI： 10.2514/6.2024-0891 　
Design Basis of Sinusoidal Roughness Elements for Enhanced Laminarizing Effect on Three-dimensional Boundary Layer

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

AIAA SciTech Forum and Exposition, 2024　2024年

DOI： 10.2514/6.2024-0889 　
Stability of two-dimensional Taylor–Green vortices in rotating stratified fluids

Yuji Hattori, Makoto Hirota

Journal of Fluid Mechanics　967　2023年7月20日
出版者・発行元： Cambridge University Press (CUP)
DOI： 10.1017/jfm.2023.513 　

ISSN：0022-1120

eISSN：1469-7645
Lagrange Multiplier-Based Optimal Control Technique for Streak Attenuation in High-Speed Boundary Layers

Omar Es-Sahli, Adrian Sescu, M. Zamir A. Koshuriyan, Yuji Hattori, Makoto Hirota

AIAA Journal　61　(1)　63-75　2023年1月
出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
DOI： 10.2514/1.j062255 　

ISSN：0001-1452

eISSN：1533-385X
Modeling of Crossflow-Induced Boundary Layer Transition 査読有り

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

The Proceedings of the 2021 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology　912　395-408　2022年4月

DOI： 10.1007/978-981-19-2689-1_30 　

ISSN：1876-1100

eISSN：1876-1119
Optimization of turbulent transition delay effect using quasi-statically transforming wall roughness shape 査読有り

Takayuki SHIROSAKI, Makoto HIROTA, Yuji HATTORI

Journal of Fluid Science and Technology　17　(3)　JFST0010-JFST0010　2022年
出版者・発行元： Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jfst.2022jfst0010 　

eISSN：1880-5558
Stability assessment on sinusoidal roughness elements for crossflow-transition control 査読有り

Yuki Ide, Makoto Hirota, Naoko Tokugawa

Physics of Fluids　33　(3)　034112-034112　2021年3月1日
出版者・発行元： AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0041442 　

ISSN：1070-6631

eISSN：1089-7666
Modal stability analysis of arrays of stably stratified vortices 査読有り

Yuji Hattori, Shota Suzuki, Makoto Hirota, Manish Khandelwal

Journal of Fluid Mechanics　909　2021年2月25日
出版者・発行元： Cambridge University Press (CUP)
DOI： 10.1017/jfm.2020.865 　

ISSN：0022-1120

eISSN：1469-7645
Linearized dynamical system for extended magnetohydrodynamics in terms of Lagrangian displacement fields and isovortical perturbations 査読有り

M. Hirota

Physics of Plasmas　28　(2)　022106-022106　2021年2月
出版者・発行元： AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0037819 　

ISSN：1070-664X

eISSN：1089-7674
Effect of localized wall cooling or heating on streaks in high-speed boundary layers

Omar Es-Sahli, Adrian Sescu, Mohammed Z. Afsar, Yuji Hattori, Makoto Hirota

AIAA Scitech 2021 Forum　1-16　2021年1月11日
出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics
DOI： 10.2514/6.2021-0853 　
A compressible boundary layer optimal control approach using nonlinear boundary region equations

Omar Es-Sahli, Adrian Sescu, Mohammed Afsar, Yuji Hattori, Makoto Hirota

AIAA Aviation and Aeronautics Forum and Exposition, AIAA AVIATION Forum 2021　2021年

DOI： 10.2514/6.2021-2945 　
Three-dimensional global stability on stuart vortex of free shear layer

Aiko Yakeno, Makoto Hirota

Springer Proceedings in Physics　226　9-13　2019年

DOI： 10.1007/978-3-030-22196-6_2 　

ISSN：0930-8989

eISSN：1867-4941
Strato-hyperbolic instability: a new mechanism of instability in stably stratified vortices 査読有り

Suzuki, Shota, Hirota, Makoto, Hattori Yuji

Journal of Fluid Mechanics　854　293-323　2018年8月

DOI： 10.1017/jfm.2018.641 　

ISSN：0022-1120

eISSN：1469-7645
Analysis of ELM stability with extended MHD models in JET, JT-60U and future JT-60SA tokamak plasmas

Nobuyuki Aiba, S. Pamela, Mitsuru Honda, Hajime Urano, C. Giroud, E. Delabie, L. Frassinetti, I. Lupelli, Nobuhiko Hayashi, G. T.A. Huijsmans, Xavier Litaudon, S. Abduallev, M. Abhangi, P. Abreu, M. Afzal, K. M. Aggarwal, T. Ahlgren, J. H. Ahn, L. Aho-Mantila, M. Airila, R. Albanese, V. Aldred, D. Alegre, E. Alessi, P. Aleynikov, A. Alfier, A. Alkseev, M. Allinson, B. Alper, E. Alves, G. Ambrosino, R. Ambrosino, L. Amicucci, V. Amosov, E. Andersson Sundén, M. Angelone, M. Anghel, Clemente Angioni, L. Appel, C. Appelbee, P. Arena, M. Ariola, H. Arnichand, S. Arshad, A. Ash, Naoko Ashikawa, V. Aslanyan, O. Asunta, F. Auriemma, Y. Austin, L. Avotina, M. D. Axton, C. Ayres, M. Bacharis, A. Baciero, D. Baião, S. Bailey, A. Baker, I. Balboa, M. Balden, N. Balshaw, R. Bament, J. W. Banks, Y. F. Baranov, M. A. Barnard, D. Barnes, M. Barnes, R. Barnsley, A. Baron Wiechec, L. Barrera Orte, Matteo Baruzzo, V. Basiuk, M. Bassan, R. Bastow, A. Batista, P. Batistoni, R. Baughan, B. Bauvir, L. Baylor, B. Bazylev, J. Beal, P. S. Beaumont, M. Beckers, B. Beckett, A. Becoulet, N. Bekris, M. Beldishevski, K. Bell, F. Belli, M. Bellinger, Belonohy, N. Ben Ayed, N. A. Benterman, H. Bergsåker, J. Bernardo, M. Bernert, M. Berry, L. Bertalot, C. Besliu, Marc Beurskens

Plasma Physics and Controlled Fusion　60　(1)　2018年1月1日

DOI： 10.1088/1361-6587/aa8bec 　

ISSN：0741-3335

eISSN：1361-6587
An Explosive Scaling Law for Nonlinear Magnetic Reconnection and Its Insensitivity to Microscopic Scales 査読有り

Makoto Hirota

Plasma and Fusion Research　12　1401010-8　2017年12月

DOI： 10.1585/pfr.12.1401010 　

eISSN：1880-6821
Stability boundaries and sufficient stability conditions for stably stratified, monotonic shear flows 査読有り

Makoto Hirota, Philip J. Morrison

PHYSICS LETTERS A　380　(21)　1856-1860　2016年5月

DOI： 10.1016/j.physleta.2016.03.044 　

ISSN：0375-9601

eISSN：1873-2429
21aBU-3 成層流中の2次元Taylor-Green渦の線形安定性解析

鈴木翔太, 服部裕司, 廣田真

日本物理学会講演概要集　71　3011-3011　2016年
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
DOI： 10.11316/jpsgaiyo.71.1.0_3011 　

ISSN：2189-079X
Magnetohydrodynamic instability excited by interplay between a resistive wall mode and stable ideal magnetohydrodynamic modes in rotating tokamak plasmas 査読有り

N. Aiba, M. Hirota

PHYSICS OF PLASMAS　22　(8)　082512　2015年8月

DOI： 10.1063/1.4928892 　

ISSN：1070-664X

eISSN：1089-7674
Explosive magnetic reconnection caused by an X-shaped current-vortex layer in a collisionless plasma 査読有り

M. Hirota, Y. Hattori, P. J. Morrison

PHYSICS OF PLASMAS　22　(5)　052114　2015年5月

DOI： 10.1063/1.4921329 　

ISSN：1070-664X

eISSN：1089-7674
Excitation of flow-stabilized resistive wall mode by coupling with stable eigenmodes in tokamaks. 国際誌査読有り

Nobuyuki Aiba, Makoto Hirota

Physical review letters　114　(6)　065001-065001　2015年2月13日

DOI： 10.1103/PhysRevLett.114.065001 　

ISSN：0031-9007

eISSN：1079-7114
Variational necessary and sufficient stability conditions for inviscid shear flow 査読有り

M. Hirota, P. J. Morrison, Y. Hattori

PROCEEDINGS OF THE ROYAL SOCIETY A-MATHEMATICAL PHYSICAL AND ENGINEERING SCIENCES　470　(2172)　20140322　2014年12月

DOI： 10.1098/rspa.2014.0322 　

ISSN：1364-5021

eISSN：1471-2946
Impact of plasma rotation on the linear physics of resistive wall modes in tokamaks 査読有り

N. Aiba, J. Shiraishi, M. Hirota

PLASMA PHYSICS AND CONTROLLED FUSION　55　(7)　2013年7月

DOI： 10.1088/0741-3335/55/7/074002 　

ISSN：0741-3335

eISSN：1361-6587
Nonlinear variational method for predicting fast collisionless magnetic reconnection 査読有り

M. Hirota, P. J. Morrison, Y. Ishii, M. Yagi, N. Aiba

Nuclear Fusion　53　(6)　2013年6月

DOI： 10.1088/0029-5515/53/6/063024 　

ISSN：0029-5515 1741-4326

eISSN：1741-4326
Variational formulation for weakly nonlinear perturbations of ideal magnetohydrodynamics

M. Hirota

Journal of Plasma Physics　77　(5)　589-615　2011年10月

DOI： 10.1017/S0022377810000760 　

ISSN：0022-3778

eISSN：1469-7807
Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks 査読有り

N. Aiba, M. Furukawa, M. Hirota, N. Oyama, A. Kojima, S. Tokuda, M. Yagi

NUCLEAR FUSION　51　(7)　073012-1-073012-10　2011年7月

DOI： 10.1088/0029-5515/51/7/073012 　

ISSN：0029-5515

eISSN：1741-4326
Significant effect of plasma compressibility on nonlinear mode coupling of Alfven eigenmodes 査読有り

Hirota M, Aiba N

NUCLEAR FUSION　51　(7)　2011年7月

DOI： 10.1088/0029-5515/51/7/073037 　

ISSN：0029-5515

eISSN：1741-4326
Lagrangian approach to weakly nonlinear stability of elliptical flow 査読有り

Y. Fukumoto, M. Hirota, Y. Mie

PHYSICA SCRIPTA　T142　2010年12月

DOI： 10.1088/0031-8949/2010/T142/014049 　

ISSN：0031-8949
Wave-action conservation law for eigenmodes and continuum modes

M. Hirota, S. Tokuda

Physics of Plasmas　17　(8)　2010年8月

DOI： 10.1063/1.3475793 　

ISSN：1070-664X
Destabilization mechanism of edge localized MHD mode by a toroidal rotation in tokamaks 査読有り

N. Aiba, M. Furukawa, M. Hirota, S. Tokuda

NUCLEAR FUSION　50　(4)　045002-1-045002-14　2010年4月

DOI： 10.1088/0029-5515/50/4/045002 　

ISSN：0029-5515

eISSN：1741-4326
Impact of the toroidal rotation on the n dependence of the growth rate of the edge localized MHD modes

N. Aiba, M. Hirota

37th EPS Conference on Plasma Physics 2010, EPS 2010　2　1142-1145　2010年
Lagrangian approach to weakly nonlinear stability of elliptical flow 査読有り

Y. Fukumoto, M. Hirota, Y. Mie

Physica Scripta T　T142　2010年

DOI： 10.1088/0031-8949/2010/T142/014049 　

ISSN：0281-1847
Energetics of resistive wall modes in flowing plasmas

M. Hirota

Plasma Science and Technology　11　(4)　409-410　2009年

DOI： 10.1088/1009-0630/11/4/08 　

ISSN：1009-0630
A spectral method for action-angle representation of linear waves in plasmas

M. Hirota

AIP Conference Proceedings　1188　315-328　2009年

DOI： 10.1063/1.3266809 　

ISSN：0094-243X

eISSN：1551-7616
Action-angle variables for the continuous spectrum of ideal magnetohydrodynamics 査読有り

M. Hirota, Y. Fukumoto

PHYSICS OF PLASMAS　15　(12)　2008年12月

DOI： 10.1063/1.3035912 　

ISSN：1070-664X
Elliptical instability of a vortex tube and drift current induced by it 査読有り

Y. Fukumoto, M. Hirota

PHYSICA SCRIPTA　T132　2008年10月

DOI： 10.1088/0031-8949/2008/T132/014041 　

ISSN：0031-8949
Energy of hydrodynamic and magnetohydrodynamic waves with point and continuous spectra 査読有り

M. Hirota, Y. Fukumoto

JOURNAL OF MATHEMATICAL PHYSICS　49　(8)　2008年8月

DOI： 10.1063/1.2969275 　

ISSN：0022-2488
Elliptical instability of a vortex tube and drift current induced by it 査読有り

Y. Fukumoto, M. Hirota

Physica Scripta T　T132　2008年

DOI： 10.1088/0031-8949/2008/T132/014041 　

ISSN：0281-1847
Irregular singularity of the magnetorotational instability in a keplerian disk

M. Furukawa, Z. Yoshida, M. Hirota, V. Krishan

Astrophysical Journal　659　(2 I)　1496-1504　2007年4月20日

DOI： 10.1086/512763 　

ISSN：0004-637X

eISSN：1538-4357
RT-1 project: Magnetosphere-like plasma experiment 査読有り

Z. Yoshida, Y. Ogawa, J. Morikawa, M. Furukawa, H. Saitoh, M. Hirota, D. Hori, J. Shiraishi, S. Watanabe, S. Numazawa, Y. Yano, J. Suzuki

FUSION SCIENCE AND TECHNOLOGY　51　(2T)　29-33　2007年2月

DOI： 10.13182/FST07-A1308 　

ISSN：1536-1055

eISSN：1943-7641
Variational principle for linear stability of flowing plasmas in Hall magnetohydrodynamics

M. Hirota, Z. Yoshida, E. Hameiri

Physics of Plasmas　13　(2)　2006年2月

DOI： 10.1063/1.2169734 　

ISSN：1070-664X
Resonance between continuous spectra: Secular behavior of Alfvén waves in a flowing plasma

M. Hirota, T. Tatsuno, Z. Yoshida

Physics of Plasmas　12　(1)　1-11　2005年

DOI： 10.1063/1.1834591 　

ISSN：1070-664X
Degenerate continuous spectra producing localized secular instability - An example in a non-neutral plasma

M. Hirota, T. Tatsuno, Z. Yoshida

Journal of Plasma Physics　69　(5)　397-412　2003年10月

DOI： 10.1017/S0022377803002241 　

ISSN：0022-3778
Secular behavior of electrostatic Kelvin-Helmholtz (diocotron) modes coupled with plasma oscillations

M. Hirota, T. Tatsuno, S. Kondoh, Z. Yoshida

Physics of Plasmas　9　(4)　1177-1177　2002年4月

DOI： 10.1063/1.1454123 　

ISSN：1070-664X

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MISC 40

Extended MHD solutions for plasma-vacuum interface that is singularly perturbed by electron inertia

廣田真

数理解析研究所講究録　2282　69-78　2023年7月
孤立粗度による横流れ不安定性抑制効果の数値的検証

廣田真, 井手優紀, 林田貴寿, 服部裕司

ながれ　38　69-72　2019年4月
波のエネルギーに基づく軸流を持つ渦の安定性解析とその応用

服部裕司, 廣田真, 福本康秀

東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学研究拠点活動報告書　2015　2017年
無衝突プラズマにおける爆発的磁気リコネクションの理論

廣田真

プラズマ・核融合学会誌　92　(12)　861-867　2016年12月
出版者・発行元：プラズマ・核融合学会
ISSN： 0918-7928
波のエネルギーに基づく軸流を持つ渦の安定性解析とその応用

服部裕司, 廣田真, 福本康秀

東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学研究拠点活動報告書　2014　2015年
29pAT-9 有限電子温度効果が介在する爆発的磁気リコネクション(29pAT プラズマ宇宙物理・プラズマ基礎,領域2(プラズマ))

廣田真, 服部裕司

日本物理学会講演概要集　69　(1)　274-274　2014年3月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
Representation of Wave Energy of a Rotating Flow in Terms of the Dispersion Relation

Yasuhide Fukumoto, Makoto Hirota, Youichi Mie

Nonlinear Physical Systems: Spectral Analysis, Stability and Bifurcations　9781848214200　139-153　2013年12月31日
出版者・発行元： Wiley Blackwell
DOI： 10.1002/9781118577608.ch7 　
25aKJ-10 平行シア流の安定性の必要十分条件に対する変分法的アプローチ(剛体・弾性体,複雑流体,非圧縮性流体,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

廣田真

日本物理学会講演概要集　68　(2)　220-220　2013年8月26日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
26pEA-8 無衝突磁気リコネクションの加速機構における電子温度効果の役割(26pEA 領域2,地球電磁気・地球惑星圏学会,日本天文学会合同プラズマ宇宙物理(3学会合同セッション:MHD,流体現象),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真, Morrison P. J., 石井康友, 矢木雅敏, 相羽信行

日本物理学会講演概要集　68　(1)　265-265　2013年3月26日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
無衝突磁気リコネクションの加速機構における電子温度効果の役割

廣田真, MORRISON P. J, 石井康友, 矢木雅敏, 相羽信行

日本物理学会講演概要集　68　(1)　265　2013年3月5日

ISSN： 1342-8349
Variational formulation of nonlinear hydrodynamic stability (Modern approach and developments to Onsager's theory on statistical vortices : RIMS合宿型セミナー報告集)

廣田真

数理解析研究所講究録　1798　73-84　2012年6月
出版者・発行元：京都大学
ISSN： 1880-2818
24aYG-9 エネルギー原理を用いた無衝突磁気リコネクションの非線形解析(24aYG 核融合プラズマ(MHD平衡・不安定性・磁気リコネクション,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

廣田真, Morrison P. J., 石井康友, 矢木雅敏

日本物理学会講演概要集　67　(1)　254-254　2012年3月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
変分原理を用いた無衝突磁気リコネクションの解析 (オイラー方程式の数理 : カルマン渦列と非定常渦運動100年)

廣田真, Morrison P. J.

数理解析研究所講究録　1776　115-125　2012年2月
出版者・発行元：京都大学
ISSN： 1880-2818
電磁流体方程式の変分原理に基づいた非線形モード間相互作用の定式化 (オイラー方程式の数理 : 力学と変分原理250年)

廣田真

数理解析研究所講究録　1749　61-72　2011年7月
出版者・発行元：京都大学
ISSN： 1880-2818
25pGZ-3 流れをもつプラズマの連続スペクトルに対する作用・角変数理論(25pGZ 若手奨励賞受賞記念講演,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真

日本物理学会講演概要集　66　(1)　244-244　2011年3月3日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
22pTE-6 Lie級数展開を用いた波と平均場の相互作用の評価法(22pTE 核融合プラズマ(波動・不安定性(2)),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真, 福本康秀

日本物理学会講演概要集　65　(1)　247-247　2010年3月1日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
プラズマ回転シアによる周辺MHDモードの不安定化機構について

相羽信行, 古川勝, 廣田真, 徳田伸二

日本物理学会講演概要集　65　(1)　245-245　2010年3月1日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
25aYP-6 ラグランジュ的記述によるMHDモードの弱非線形解析(核融合プラズマ(磁場)(波動・不安定性),領域2,プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

廣田真

日本物理学会講演概要集　64　(2)　110-110　2009年8月18日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
楕円渦流上のKelvin波の弱非線形相互作用によって誘導される平均流 (非線形波動現象の数理と応用)

彌榮洋一, 福本康秀, 服部裕司, 廣田真

数理解析研究所講究録　1645　90-99　2009年4月
出版者・発行元：京都大学
ISSN： 1880-2818
28pSA-2 波の作用を用いた共鳴減衰率の評価(28pSA プラズマ宇宙物理(MHD現象:MHD理論と実験),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真, 徳田伸二

日本物理学会講演概要集　64　(1)　222-222　2009年3月3日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
22aZH-10 負のエネルギーをもつモードに起因するプラズマ流のMHD不安定性(22aZH 核融合プラズマ(MHD理論),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真, 徳田伸二

日本物理学会講演概要集　63　(2)　176-176　2008年8月25日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
Spectrum and Energy of Waves in Mean Shear Flows (Mathematical Analysis in Fluid and Gas Dynamics)

廣田真, 福本康秀

数理解析研究所講究録　1592　24-40　2008年4月
出版者・発行元：京都大学
ISSN： 1880-2818
23aQF-4 流れ場中の波動のスペクトルとハミルトン構造(領域2,領域11合同シンポジウムエネルギーと保存則を考え直す-非エルミート作用素理論の進展と展望-,領域2,プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

廣田真

日本物理学会講演概要集　63　(1)　213-213　2008年2月29日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
22pRS-15 流れをもつプラズマにおけるMHD波のエネルギーと分岐理論(プラズマ基礎,領域2,プラズマ基礎・プラズマ科学・核談合プラズマ・プラズマ宇宙物理)

廣田真, 福本康秀

日本物理学会講演概要集　62　(2)　230-230　2007年8月21日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
20aWD-7 シア流中における3次元摂動のスペクトルと波のエネルギー(流体物理(複雑流体・物体まわりの流れ・安全性など),領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)

廣田真, 福本康秀

日本物理学会講演概要集　62　(1)　282-282　2007年2月28日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
渦管の3次元振動によって誘導されるドリフト流(流体数理(1),一般講演)

廣田真

日本流体力学会年会講演論文集　2007　295-295　2007年
出版者・発行元：日本流体力学会

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Drift currents induced by linear waves are considered in a general manner by imposing the topological constraint (or isovortical condition) on disturbances. The evolution equation for the Lagrangian displacement field is essential for generating such isovortical motions. The wave energy is naturally defined up to of the second order, which includes the inner product of the mean flow and the drift current. This drift current is computed analytically for the case of the Kelvin waves in a vortex tube.
25pQB-2 非一様プラズマ中を伝播する音波と連続スペクトルの相互作用(25pQB プラズマ基礎(波動現象・不安定性・輸送),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真

日本物理学会講演概要集　61　(2)　160-160　2006年8月18日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
27pUC-2 変分原理で特徴づけられるMHD平衡のリアプノフ安定性理論(27pUC プラズマ基礎(不安定性・波動),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　61　(1)　202-202　2006年3月4日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
流れをもつプラズマの安定性 : 非エルミート生成作用素,特異性,変分原理

廣田真

プラズマ・核融合学会誌　82　(11)　789-791　2006年
出版者・発行元：プラズマ・核融合学会
AM06-06-018 シア流中の音波が引き起こす代数的不安定性(流体数理(4),一般講演)

廣田真

日本流体力学会年会講演論文集　2006　173-173　2006年
出版者・発行元：日本流体力学会

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In a bounded shear flow of the compressible fluid model, resonant interaction among the acoustic waves and the continuum modes is fully investigated by the Laplace transform. The interaction stems from the degeneracy of the point and continuous spectra, which is possible since the linearized fluid equation is governed by a non-selfadjoint operator. For the case of uniform shear, three-dimensional disturbances exhibit an algebraic growth (∝ t) of a certain continuum mode. The nonuniformity of shear does not allow the presence of such a degenerated point spectrum, which implies the Landau damping (or growth) of the acoustic wave.
21pXK-3 薄い降着円盤における磁気回転不安定性のWKB解析(プラズマ宇宙物理,領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

古川勝, Krishant V., 廣田真, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　60　(2)　123-123　2005年8月19日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
27aXG-3 Lagrange 表示を用いた Hall MHDの線形安定性解析(プラズマ基礎(輸送・非線形),領域2(プラズマ基礎・プラズマ科学・核融合プラズマ・プラズマ宇宙物理))

廣田真, Hameiri E., 吉田善章

日本物理学会講演概要集　60　(1)　252-252　2005年3月4日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
13pQA-9 超関数理論からみた MHD の連続スペクトル : 特異な固有モードによる揺らぎの分解(理論・数値計算 : 領域内横断, 領域 2)

廣田真, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　59　(2)　164-164　2004年8月25日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
27aWH-2 佐藤超関数理論による特異固有関数の構成 : 非エルミートAlfvenスペクトルの問題(プラズマ基礎・科学(波動))(領域2)

廣田真, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　59　(1)　204-204　2004年3月3日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
21pYB-11 MHD 安定性解析において現れる揺らぎの代数的成長 : 分散関係で記述されない不安定性

廣田真, 龍野智哉, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　58　(2)　170-170　2003年8月15日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
28pYJ-6 シア流における揺らぎの代数的不安定性の導出 : 縮退した連続スペクトルの特異点解析

廣田真, 龍野智哉, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　58　(1)　215-215　2003年3月6日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
7aSQ-5 高速プラマ流を用いた高ベーダプラス,閉じ込め(プラズマ・流体理論・数値解析(領域内横断),領域11合同,領域2)

吉田善章, 比村治彦, 龍野智哉, Volponi F., 伊藤淳, 中島千博, 大崎秀一, 沼田龍介, 斎藤晴彦, 廣田真, 若林英紀, 白石淳也, 深尾正之, 小川雄一, 森川惇二, 大國弘太郎

日本物理学会講演概要集　57　(2)　162-162　2002年8月13日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
27aXQ-5 非中性プラズマにおける非エルミートダイナミックスの漸近解析(27aXQ プラズマ理論・数値計算(領域内横断),領域2(プラズマ物理・核融合,放電分野))

廣田真, 龍野智哉, 近藤重雄, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　57　(1)　211-211　2002年3月1日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
26aB01 流れの安定化効果と不安定化効果 : Kelvin-Helmholtz不安定性の向こうに(プラズマ基礎・応用I)

龍野智哉, 廣田真, 伊藤淳, Volponi F., 吉田善章, Mahajan S. M.

プラズマ・核融合学会年会予稿集　(19)　63-63　2002年
出版者・発行元：プラズマ・核融合学会
17aRA-10 プラズマ振動とカップルした静電的Kelvin-Helmholtzモードの代数的不安定性

廣田真, 龍野智哉, 近藤重雄, 吉田善章

日本物理学会講演概要集　56　(2)　122-122　2001年9月3日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349

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講演・口頭発表等 72

不安定成層の流れによる安定化

廣田真

NIFS共同研究研究会「MHDとその周辺に関する理論・シミュレーション研究」　2024年12月27日
横流れ定在渦を重ねた三次元境界層における乱れの線形non-modal成長について

井手優紀, 廣田真

第38回数値流体力学シンポジウム　2024年12月11日
Deformation and breakdown of vortex structure due to rotational-hyperbolic instability of 2D Taylor-Green vortices in rotating fluids

Naoya Ueno, Makoto Hirota, Yuji Hattori

77th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2024年11月26日
Suppression of crossflow-induced boundary layer transition on a swept wing by sinusoidal roughness elements

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

77th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2024年11月25日
Rotational-hyperbolic instability and ring-type elliptic instability: new unstable modes of rotating stratified fluids

Yuji Hattori, Makoto Hirota

77th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2024年11月24日
Direct Numerical Simulation of the Trailing Edge Noise on a Flat Plate and the Effect of Finlets

Natsumi Hirao, Makoto Hirota, Yuji Hattori

77th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2024年11月24日
Analysis of Trailing Edge Noise from a Flat Plate and Effect of Finlets on the Noise using Direct Numerical Simulation

Natsumi Hirao, Makoto Hirota, Yuji Hattori

21th International Conference on Flow Dynamics　2024年11月20日
超音速三次元境界層の乱流遷移抑制効果をもつ最適な粗さ要素の探索

廣田真, 庭野翔也, 井手優紀, 服部裕司, 大林茂

第62回飛行機シンポジウム　2024年10月17日
Applicability limit and time-marching algorithm of special relativistic MHD models extended by two-fluid effects

Shuntaro Yoshino, Makoto Hirota, Yuji Hattori

66th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics　2024年10月8日
回転流体中の2次元Taylor-Green渦における巨視的不安定性に起因した渦構造の変化

上野直哉, 廣田真, 服部裕司

日本流体力学会年会2024　2024年9月26日
磁気回転不安定性のエネルギー解析

古川勝, 廣田真, 後藤渓太

日本物理学会第79回年次大会　2024年9月18日
二流体効果によって拡張された特殊相対論的MHDモデルとその数値的可解性

吉野舜太郎, 廣田真, 服部裕司

日本物理学会第79回年次大会　2024年9月16日
粗さ要素を用いた境界層の乱流遷移制御のメカニズムと課題

廣田真, 井手優紀, 服部裕司

数理解析研究所共同研究「非平衡な乱流」　2024年7月24日
Laminarization of Supersonic Three-dimensional Boundary Layer by Sinusoidal Roughness Elements

Makoto Hirota, Shoya Niwano, Yuki Ide, Yuji Hattori, Shigeru Obayashi

9th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering　2024年6月4日
シングルヘリシティ非圧縮MHDの4場簡約化モデルと磁気回転不安定性への適用

古川勝, 廣田真, 後藤渓太

日本物理学会2024年春季大会　2024年3月19日
波形粗さ要素の適用による後退翼面上の境界層遷移の安定化

廣田真, 井手優紀, 服部裕司

日本物理学会2024年春季大会　2024年3月19日
Experimental Validation of the Suppression of Cross flow Instability by Sinusoidal Roughness Elements

Sayaka Suzuki, Aiko Yakeno, Yasufumi Konishi, Naoko Tokugawa, Makoto Hirota, Hikaru Takami, Shigeru Obayashi

2024 AIAA SciTech Forum and Exposition　2024年1月9日
Design Basis of Sinusoidal Roughness Elements for Enhanced Laminarizing Effect on Three-dimensional Boundary Layer

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

2024 AIAA SciTech Forum and Exposition　2024年1月9日
圧縮性拡張 MHD 方程式の数値シミュレーション技法

廣田真

日本物理学会第77回年次大会　2022年3月16日
動的変化する壁面粗さ形状を用いた乱流遷移抑制効果の最適化

城崎孝之, 廣田真, 服部裕司

第35回数値流体力学シンポジウム　2021年12月15日
Optimization of Turbulent Transition Delay Effect Using Dynamically Transforming Roughness Elements

T. Shirosaki, M. Hirota, Y. Hattori

18th International Conference on Flow Dynamics　2021年10月29日
Control of Gortler Vortices in High-Speed Boundary Layer Flows Using Nonlinear Boundary Region Equations

O. Es-Sahli, A. Sescu, M. Z. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

18th International Conference on Flow Dynamics　2021年10月29日
Numerical Study on Local Scale Similarity of Primary and Secondary Crossflow Instability

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

18th International Conference on Flow Dynamics　2021年10月29日
散逸的拡張MHDシミュレーションにおける境界条件の実装

廣田真

日本物理学会2021年秋季大会　2021年9月20日
波形粗さ要素による三次元境界層遷移の抑制効果

廣田真, 井手優紀, 服部裕司

日本物理学会第76回年次大会　2021年3月14日
横流れ不安定性のDNSに基づいた三次元境界層遷移モデルの構築

廣田真, 井手優紀, 服部裕司

第34回数値流体力学シンポジウム　2020年12月22日
Effect of wall cooling or heating on streaks streamwise vortices developing in compressible boundary layers

A. Sescu, O. Es-Sahli, M. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

73rd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2020年11月22日
Investigation of an Optimal Control Approach in the Context of Compressible Boundary Region Equations

O. Es-Sahli, A. Sescu, M. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

73rd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2020年11月22日
Control of Streamwise Vortices Developing in Compressible Boundary Layers

O. Es-Sahli, A. Sescu, M. Afsar, Y. Hattori, M. Hirota

17th International Conference on Flow Dynamics　2020年10月29日
Modeling of Nonlinear Crossflow Instability in Three-dimensional Boundary Layer

Makoto Hirota, Yuki Ide, Yuji Hattori

17th International Conference on Flow Dynamics　2020年10月29日
拡張MHD方程式の線形安定性に対する変分原理と自己共役性

廣田真

日本物理学会2020年秋季大会　2020年9月11日
磁気ヘリシティ入射と緩和の拡張 MHD シミュレーション

廣田真, Philip J. Morrison, Wendell Horton, 服部裕司

日本物理学会第75回年次大会　2020年3月
Nonlinear dynamics of destabilized array of vortices in stratified fluid

Yuji Hattori, Makoto Hirota

72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2019年11月25日
Development for a Theoretical Model of Crossflow-induced Boundary-layer Transition

Makoto Hirota, Yuki Ide, Takahisa Hayashida, Yuji Hattori

72nd Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2019年11月23日
Prediction of Crossflow-induced Boundary-layer Transition and its control by sinusoidal wall roughness

廣田真, 井手優紀, 林田貴寿, 服部裕司

第65回「乱流遷移の解明と制御」研究会　2019年11月18日
Numerical Simulation of Vertical Vorticity Generation in Unstable Stratified Shear Flow

Akira Takahashi, Makoto Hirota, Yuji Hattori

16th International Conference on Flow Dynamic　2019年11月8日
Scale Analysis for Primary and Secondary Instabilities of Three-dimensional Boundary Layer

Makoto Hirota, Yuki Ide, Takahisa Hayashida, Yuji Hattori

16th International Conference on Flow Dynamics　2019年11月8日
不安定密度成層せん断流における鉛直渦度発生の数値シミュレーション

高橋翠, 廣田真, 服部裕司

日本流体力学会年会2019　2019年9月15日
成層流中の渦列の不安定化過程

服部裕司, 廣田真

日本流体力学会年会2019　2019年9月14日
電子慣性効果を含む拡張MHD方程式の境界条件

廣田真

日本物理学会2019年秋季大会　2019年9月12日
Prediction and control of boundary-layer transition induced by steady crossflow vortices

Makoto Hirota, Yuki Ide, Takahisa Hayashida, Yuji Hattori

IUTAM Symposium "Vortex dynamics in science, nature and technology"　2019年6月27日
壁面粗度による三次元境界層の遷移抑制効果の数値的検証

廣田真, 井手優紀, 服部裕司

第64回「乱流遷移の解明と制御」研究会　2019年3月28日
孤立粗度による横流れ不安定性抑制効果の数値的検証

廣田真, 井手優紀, 林田貴寿, 服部裕司

第32回数値流体力学シンポジウム　2018年12月13日
後退翼周り境界層の遷移予測と制御に向けた直接数値解析と非線形安定性解析

廣田真, 井手優紀, 林田貴寿, 服部裕司

第56回飛行機シンポジウム　2018年11月15日
Suppression Mechanism of Crossflow Vortices in a Three-dimensional Boundary Layer by Triggering Less Unstable Modes 国際会議

M. Hirota, Y. Hattori

15th International Conference on Flow Dynamics　2018年11月9日
Sturm-Liouville型方程式の正則化によるシア流の安定性条件導出

廣田真

日本流体力学会年会2018　2018年9月3日
ACヘリシティ入射によって維持されるヘリカルなテイラー緩和状態の数値計算

廣田真, Philip J. Morrison, Wendell Horton, 服部裕司

Plasma Conference 2017　2017年11月24日
Numerical simulation of magnetohydrodynamic relaxation controlled by external AC loop voltages 国際会議

M. Hirota, P. J. Morrison, W. Horton, Y. Hattori

14th International Conference on Flow Dynamics　2017年11月3日
Magnetic helicity balance at Taylor relaxed states sustained by AC helicity injection 国際会議

M. Hirota, P. J. Morrison, W. Horton, Y. Hattori

59th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics　2017年10月25日
Gyrofluid Energy Principle and Its Application to Fast Magnetic Reconnection 国際会議

M. Hirota, P. J. Morrison

1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics　2017年9月19日
交流電圧を用いた磁気ヘリシティ入射による定常電流駆動のシミュレーション

廣田真, Philip J. Morrison, Wendell Horton, 服部裕司

日本物理学会第72回年次大会　2017年3月18日
無衝突プラズマにおける爆発的磁気リコネクションの理論

プラズマ・核融合学会第33回年会　2016年11月
Stability Criteria for Circular Vortex Tubes with Smooth Vorticity Profiles 国際会議

P. J. Morrison, Y. Hattori

13th International Conference on Flow Dynamics　2016年10月
Energy principle for a gyrofluid model and variational description of collisionless tearing modes 国際会議

P. J. Morrison

58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics　2016年10月
Variational formalism for linear growth rates of collisionless tearing modes 国際会議

IUTAM Symposium "Helicity Structures and Singularity in Fluid and Plasma Dynamics"　2016年4月11日
連続成層シア流の線形不安定化メカニズムと安定性のため十分条件

P. J. Morrison

日本物理学会第71回年次大会　2016年3月19日
21aBU-3 成層流中の2次元Taylor-Green渦の線形安定性解析

鈴木翔太, 服部裕司, 廣田真

日本物理学会講演概要集　2016年
21aBU-1 連続成層シア流の線形不安定化メカニズムと安定性のため十分条件

廣田真, Morrison P. J.

日本物理学会講演概要集　2016年
二流体効果がもたらすテアリングモードの爆発的成長～X型の電流・渦シート構造の形成とスケーリング則について～

平成27年度NIFS共同研究研究会「電磁モデルによるプラズマ中の不安定性・乱流に関する理論・シミュレーション」　2015年12月17日
Variational approach to stability boundary for the Taylor-Goldstein equation 国際会議

68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2015年11月23日
Variational Stability Criteria for Stratified Shear Flows 国際会議

12th International Conference on Flow Dynamics　2015年10月29日
交流ループ電圧による抵抗性プラズマへの磁気ヘリシティ入射効率

日本物理学会2015年秋季大会　2015年9月16日
Theoretical description of explosive magnetic reconnection in collisionless two-fluid models 国際会議

M. Hirota, Y. Hattori, P. J. Morrison

2015 Sherwood Fusion theory Conference　2015年3月17日
16pCN-9 交流ループ電圧による抵抗性プラズマへの磁気ヘリシティ入射効率

廣田真, Horton W., Morrison P. J.

日本物理学会講演概要集　2015年
Nonlinear analysis of explosive growth of collisionless magnetic reconnection in the presence of the effect of finite electron temperature 国際会議

M. Hirota, Y. Hattori

56th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics　2014年10月29日
有限電子温度効果が介在する爆発的磁気リコネクション

廣田真, 服部裕司

日本物理学会第69回年次大会　2014年3月29日
爆発的磁気リコネクションにおける階層間相互作用

平成25年度NIFS共同研究研究会「MHDおよび流体力学における流れの安定性に関する理論・シミュレーション研究」　2013年12月
Variational analysis of linear stability of flowing equilibria based on action-angle representation 国際会議

55th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics　2013年11月
Variational Approach to Necessary and Sufficient Stability Conditions for Inviscid Shear Flow 国際会議

10th International Conference on Flow Dynamics　2013年11月
Variational approach to spectral stability criteria of inviscid flows 国際会議

JSPS/UK Meeting ”TOPOLOGICAL VORTICITY DYNAMICS IN THE PHYSICAL SCIENCES”　2013年9月
平行シア流の安定性の必要十分条件に対する変分法的アプローチ

日本物理学会 2013年秋季大会　2013年9月
Variational approach to spectral stability of flowing plasmas

第19回NEXT(数値トカマク)研究会　2013年8月29日

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産業財産権 4

隆起構造および物体

廣田真, 服部裕司, 井手優紀, ▲高▼見光, 吉本稔

特許第7465483号

産業財産権の種類: 特許権
隆起構造、翼、隆起構造の設計方法及びその設計プログラム

戸上健治, 吉本稔, 廣田真, 服部裕司, 井手優紀

特許第7369386号

産業財産権の種類: 特許権
隆起構造および翼

廣田真, 井手優紀, 服部裕司, 高見光, 吉本稔

産業財産権の種類: 特許権
隆起構造、翼、隆起構造の設計方法及びその設計プログラム

戸上健治, 吉本稔, 廣田真, 服部裕司, 井手優紀

産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 8

2流体プラズマ中に現る正準フラックスチューブの可視化検出とそれへの凍結仮説の検証

比村治彦, 三瓶明希夫, 廣田真, 稲垣滋

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Kyoto Institute of Technology

2021年4月～ 2024年3月
自由境界プラズマに対する非線形拡張MHDシミュレーション技法の構築

廣田真

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2021年4月～ 2024年3月

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真空領域と接する自由境界プラズマのシミュレーションを可能にするため、拡張磁気流体力学(MHD)の方程式を直接に解くための数値アルゴリズムの検討と実装を進めた。特に本手法で重要な役割を果たす電子慣性効果を考慮した場合に困難とされる境界条件については、数学的な定式化を明らかにし、数値的実装まで行うことができた。電気抵抗や電子粘性といった散逸項を陰解法で解く場合には、境界値が陽に定まっていない逆問題となるため、時間ステップごとに境界値を調節する操作が必要になる。これは磁場が無い場合のナビエ・ストークス方程式の粘性項と類似した問題であり、グリーン関数を用いた方法によって解決できた。これにより、正しい境界条件のもとで非圧縮プラズマの計算が可能になった。さらに圧縮性プラズマの運動を解くためには、やはり電子慣性効果を扱うため、ベクトルポテンシャルの不均一拡散方程式を陰解法で解くアルゴリズムが必要になる。また、真空領域を電気抵抗の大きい絶縁プラズマで近似する際にも、同じアルゴリズムが必要である。具体的には時間ステップごとに反復解法を用いなければならないため、できる限り効率的なアルゴリズムの使用によって計算コストの増大を抑えることも重要である。本研究では共役勾配法の一種であるBi-CGSTAB法を応用し、この問題に適した前処理を考案することで反復解法が高速に収束することを示した。これにより、圧縮性の拡張MHDシミュレーションの実現に向けて大きく近づいたといえる。
磁場を考慮した低マッハ数モデルにおける火炎面の伝搬速度及び線形安定性の解析

和田啓吾, 廣田真

2022年4月～ 2023年3月
拡張MHDモデルを用いた磁気ヘリシティ入射によるプラズマ電流駆動の理論構築

廣田真

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2016年4月～ 2020年3月

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電磁流体力学(MHD)に二流体効果を追加したモデルである拡張MHD方程式を解く数値計算コードを開発した。特に、プラズマ中に磁気ヘリシティを入射する実験をシミュレーションすることを目的とし、導体壁に電圧を印加するための適切な境界条件を明らかにした。これによって、磁気ヘリシティ入射から複雑な乱流過程を経て自発的に発生する電流を評価することができるようになり、MHD理論に基づいた予測との定量的比較や二流体効果の影響の解析を行った。
多階層力学系への変分法的アプローチによる高温プラズマの爆発的崩壊機構の理論研究

廣田真, 服部裕司

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究機関：Tohoku University

2013年4月～ 2016年3月

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高温プラズマにおいて起こる爆発的な磁気リコネクション(磁力線のつなぎ換え)の機構を明らかにするため、電子慣性と電子温度の効果を含んだ2流体プラズマモデルを用いて、テアリング不安定性の非線形発展を解析した。高解像度の数値シミュレーションを行うことにより、非線形段階の不安定成長には爆発的な傾向があることがわかり、その際、X型の電流シートがリコネクション点の近傍で局所的に発生し、拡大していくことを発見した。変分法に基づいた理論的考察により、このような局所的な磁気リコネクションが効率的に磁気エネルギーを解放していることを示し、新しい爆発的成長速度のスケーリング則を提案した。
非一様プラズマにおける無限自由度モード間相互作用のハミルトン力学的研究

廣田真

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究機関：Japan Atomic Energy Agency

2010年～ 2012年

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自然界や実験装置において観測されるプラズマの非一様な空間構造の形成メカニズムを探るため、従来用いられてきた局所近似(短波長近似)が成り立たないような巨視的(長波長)揺らぎに対するモード間相互作用の理論を構築した。無限自由度のハミルトン力学系の理論を発展させた新しい数理的技法を開発することにより、連続スペクトルまで考慮した巨視的モード間相互作用の定式化と具体的な現象への応用に成功した。
トーラス型非中性プラズマを用いた高速流プラズマの高ベータ平衡と安定性の実験的検証

吉田善章, 古川勝, 齋藤晴彦, 小川雄一, 森川惇二, 大崎秀一, 斎藤晴彦, 広田真, 比村治彦, 龍野智哉

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

研究機関：The University of Tokyo

2002年～ 2006年

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流れをもつプラズマの自己組織化現象を理論的および実験的に解明し,宇宙空間や天体に見られる高速プラズマ流の基本構造と安定性を明らかにすると同時に,そのプラズマ閉じ込め原理を先進的核融合の概念に応用する可能性について検討した. 1.理論研究の成果流れをもつプラズマの平衡および安定性は,従来の方法では解析できない難問であり,新しい解析手法を必要とする.本研究では,まず数学的に厳密で一般性をもつ解析方法の開発に力を注ぎ,変分原理やハミルトニアン形式における特異性と<渦>の関係,カシミール不変量を用いたリアプノフ関数の構築,非エルミート作用素のスペクトル理論など新たな技法を構築した.また,それらを具体的な実験体系や宇宙・天体現象に応用する研究を進めた.木星磁気圏における超高ベータ平衡の自己組織化の説明,太陽フレアーのモデル構築など,またProto-RT, RT-1実験装置における分岐平衡解の予測を行った. 2.実験研究および要素技術開発の成果非中性プラズマは,自己電場によって高速回転することで平衡状態を形成する.本研究では,軸対称トーラス型磁気面配位の中に非中性プラズマを閉じ込めるというProto-RT実験装置の概念を拡張・一般化し,準中性プラズマに径方向電場を与えて極超音速の回転平衡を形成することに成功した.Proto-RTの磁気圏型磁場配位を利用したこの実験によって,非中性プラズマの物理と準中性プラズマの物理を統一的に捉える基礎を築く成果を得ると同時に,上記の理論研究の予測を実験的に検証する目的も達成した.その成果は以下4項目にまとめられる.(1)軸対称トーラス型磁気面配位における非中性プラズマの構造の解明,(2)弱電離準中性プラズマの高速回転平衡形成とその構造の解明,(3)高電離プラズマ中で現れる高速回転流の分岐構造の検証,(4)磁気圏型高速流プラズマ閉じ込めのための要素技術開発.
流れをもつプラズマの安定性と揺らぎ-非エルミート系のスペクトルと繰り込み理論

廣田真

2003年～ 2005年

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プラズマの安定性を調べるには、線形化されたMHD方程式を解かなければならないが、それには非エルミート作用素のスペクトル理論を必要とし、数学的には非常に難しい問題である。ただし、MHD方程式はハミルトン形式に書き表すことができるため、直接解かなくても変分原理によって平衡や安定性をある程度まで議論することができる。本研究ではDynamically Accessible Variation(以下、DAV)と呼ばれる変分法について注意深く考察し、これが従来の変分的手法よりも優れている点を明らかにした。Energy-Casimir methodによれば、任意のハミルトン系において、ハミルトニアンHとカシミール不変量Cの和の極値δ(H+C)=0は平衡状態であり、さらに第二変分が正(or 負)定値であればその平衡は安定である。この手法はカシミール不変量が何かを具体的に知っている必要があり、3次元MHDの場合、テイラー状態にしか適用できないという問題がある。一方、MHD安定性解析でよく用いられるエネルギー原理は任意の平衡に対して適用できるものの、特殊な摂動が仮定されており、その関数空間での安定性しか議論していない。また、流れをもった平衡に対しては、しばしばエネルギーが不定値になってしまうという問題がある。 DAVは理論上すべてのカシミール不変量を一定に保つ特別な変分である。DAVによるハミルトニアンの第二変分はカシミール不変量を知らなくても計算でき、Energy-Casimir methodやエネルギー原理と比べて、正定値になりやすい。本研究では、第一変分δ(H+C)=0によって特徴づけられる平衡に対しては、DAVによる第二変分が正定値であることが、全ての摂動に対する安定性の十分条件となることを示した。具体的には、プラズマの2次元的な運動に対して、DAVが常に他の変分法よりも優れていることがわかる。

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その他 5

LHDにおけるプラズマ回転と圧力駆動型モードとの相互作用

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近年のLHD実験では、モードの回転とプラズマの崩壊現象が注目されている。モードの回転が停止した直後に、磁場揺動が急激に成長し、それに伴って、ベータ値が検証することが観測されている。LHDでは、圧力駆動型モードが最も危険な不安定性であり、この場合も、そのうちの交換型モードによって崩壊が生じたものと理解できる。一方、この観測結果を逆に考えると、モードが回転している間は、成長が抑制されていたことを示唆していると解釈できる。そこで、本研究では、プラズマの回転が圧力駆動型モードの成長を抑制できるかどうかについて、そのメカニズムの解明を理論的に進める。実験データも含めて直接LHDプラズマを取り扱う研究であるため、核融合科学研究所での共同研究として推進していかざるを得ない。
LHDプラズマのMHD安定性に対するフローの影響

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ヘリカル型原型炉を目指す上において、圧力駆動型モードに対するMHD安定限界の確定は極めて重要である。ところが、この安定限界を規定する手法がまだ確立されていない。LHD実験では、線型理想安定性理論によって予測される安定限界よりも不安定な領域において、最高ベータ値が達成されており、実験を説明できる物理メカニズムを解明する必要がある。その一つの重要な候補として、プラズマ中に誘起されるフローが挙げられる。本研究では、反磁性効果及び径電場によるプラズマ中の自発的フローによる効果を含んだ安定性解析を行い、安定限界指標の確立を目指す。そのためには、LHD実験との比較検証が不可欠である。一方で、このようなプラズマフローはトカマク等でも議論されており、その数値的手法や基礎的物理の解明においては他分野の研究者との連携も必要である。以上から、本研究は核融合科学得研究所の共同研究でなければならない。
共鳴摂動磁場を含むLHDプラズマの電磁流体力学的特性の理論解析

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現在、世界中の多くの環状磁場閉じ込め装置において、圧力分布の局所的制御を目的として、共鳴摂動磁場(RMP)の研究が精力的に行われているが、その影響については、必ずしも明確になっていない。そこで、本研究では、MHD数値解析を用いて、特にLHDにおけるRMP印可時におけるプラズマ挙動の解析を行う。まず、RMPの浸み込みに関する知見を得ることを目標とする。さらに、RMPによる圧力駆動型モードの振舞いの変化に着目し、線形モード構造の変化や、非線挙動による圧力分布の構造変化等について解析を行う。得られた結果を実験での観測と比較し、観測結果のメカニズムの解明を行う。また、トカマク等の磁場閉じ込めプラズマでの挙動と比較し、RMPによる影響の総合的理解を得ることも視野に入れている。このように、対象をLHDプラズマとし、実験研究者との綿密な議論を行うため、核融合科学研究所での共同研究であることが必要である。
トロイダルプラズマのMHD平衡・安定性に対する拡張モデリング

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トロイダルプラズマに対する既存の平衡・安定性解析手法を拡張し、強い流れや高ベータ等の特徴をもつ先進的な閉じ込めに対応できる手法の確立を目的とする。トロイダル流及びポロイダル流をもつMHD平衡計算コードの開発、それを用いた線形安定性解析コードの開発、ホール項や有限ラーマー半径効果などを含んだ拡張MHDシミュレーションによる圧力駆動型不安定性の解析のためのモデルについての検討を行う。これらの課題は核融合科学研究所の数値実験プロジェクトの研究テーマに合致するものであり、また研究指導する総研大の学生に共同研究の機会を提供するためにも、核融合科学研究所の共同研究で行うことが必要である。
LHDプラズマのMHD安定性特性の数値解析

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本研究では、LHDプラズマの安定性特性について、非線型数値シミュレーションを行い、実験結果と比較することによって、そのMHD現象の物理的メカニズムの解明を目指す。特に、実験で得られている崩壊現象を取り上げ、崩壊の閾地を決める要因を探る。このような直接的なLHDプラズマの安定性特性を理論、実験の両面から探るには、本研究所の共同研究であることが必須である。また、トカマク等の他の核融合閉じ込め装置において、これまで蓄積されてきたシミュレーションの手法や結果、さらには実験結果等の知見も、このような研究には欠かせない重要な要素である。この観点から、本研究所の共同研究として行い、内外の研究者の英知を結集することが必要である。