2024/06/03 更新

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カワヅラ ヨウヘイ
川面 洋平
KAWAZURA Yohei
所属
データサイエンス経営学部 データサイエンス経営学科 准教授
職名
准教授

学位

  • 博士(科学) ( 2013年   東京大学 )

研究キーワード

  • 計算物理

  • 乱流

  • 宇宙物理学

  • プラズマ物理

  • ハミルトン力学

研究分野

  • 自然科学一般 / 天文学

  • 自然科学一般 / 数理物理、物性基礎  / プラズマ物理

  • エネルギー / プラズマ科学

学歴

  • 東京大学   新領域創成科学研究科   先端エネルギー工学専攻

    2008年4月 - 2013年3月

  • 東京大学   工学部   システム創成学科

    2004年4月 - 2008年3月

経歴

  • 宇都宮大学   データサイエンス経営学部   准教授

    2024年4月 - 現在

  • 東北大学   プロミネントリサーチフェロー

    2021年7月 - 2024年3月

  • 東北大学   Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences   助教

    2019年4月 - 2024年3月

  • University of Oxford, Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics   Postdoctoral Research Assistant

    2016年9月 - 2019年3月

  • 東京大学   助教

    2014年4月 - 2016年8月

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所属学協会

  • The American Physical Society

  • 日本天文学会

  • 日本物理学会

留学歴

  • 2016年9月 - 2019年3月   University of Oxford  

  • 2011年9月 - 2011年12月   New York University  

 

論文

  • Hall magnetohydrodynamics in a relativistically strong mean magnetic field 査読

    Y. Kawazura

    Journal of Plasma Physics   89 ( 6 )   2023年12月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Cambridge University Press (CUP)  

    This paper presents a magnetohydrodynamic model that describes the small-amplitude fluctuations with wavelengths comparable to ion inertial length in the presence of a relativistically strong mean magnetic field. The set of derived equations is virtually identical to the non-relativistic Hall reduced magnetohydrodynamics (Schekochihin et al., J. Plasma Phys., vol. 85, 2019, 905850303), differing only by a few constants that take into account the relativistic corrections. This means that all the properties of kinetic Alfvén turbulence and ion cyclotron turbulence inherent in the non-relativistic Hall regime persist unchanged even in a magnetically dominated regime.

    DOI: 10.1017/s0022377823001228

  • Plasma Distribution Solver: A Model for Field‐Aligned Plasma Profiles Based on Spatial Variation of Velocity Distribution Functions 査読

    K. Saito,Y. Katoh,Y. Kawazura,M. Kitahara,T. Kimura,A. Kumamoto

    Journal of Geophysical Research: Space Physics   128 ( 8 )   2023年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Geophysical Union (AGU)  

    Abstract

    This paper describes the plasma distribution solver (PDS), a theoretical model that determines plasma number density and pressure profiles along a magnetic field line of magnetized planets. The PDS computes velocity distribution functions of each particle species at an arbitrary point along a field line to meet the force balance and the accessibility. The number density, mean flow velocity, and pressure calculated by taking the zero‐th, first‐, second‐order moments of the velocity distribution functions enable us to obtain field‐aligned profiles of the quantities strictly consistent with the assumed ionospheric/magnetospheric boundary conditions. The spatial distribution of physical quantities, such as Alfvén speed and plasma β, was also obtained from the PDS results. We applied the PDS to the Jupiter‐Io system. When the temperature anisotropy is presented for the ion species originated from Io, the ion species other than protons, especially O<sup>+</sup>, can hardly reach mid‐to‐high latitudes. The number density of electrons which satisfy the charge neutrality with ions is also reduced compared to the case when the temperature is assumed to be isotropic. From these differences in the number density profile, we found the change of the boundary position, which characterizes dispersive Alfvén waves from the relation between the plasma β and the mass ratio between electrons and ions.

    DOI: 10.1029/2023ja031660

  • ジャイロ運動論を用いた天体プラズマ乱流研究の進展

    川面洋平

    プラズマ・核融合学会誌   99 ( 7 )   309 - 318   2023年7月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)  

  • Integrating Factor Runge–Kutta Method in Shearing Coordinates 査読

    Yohei Kawazura

    Journal of the Physical Society of Japan   91 ( 11 )   2022年10月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Society of Japan  

    DOI: 10.7566/jpsj.91.115002

  • Energy partition between Alfvénic and compressive fluctuations in magnetorotational turbulence with near-azimuthal mean magnetic field 査読

    Y. Kawazura,A. A. Schekochihin,M. Barnes,W. Dorland,S. A. Balbus

    Journal of Plasma Physics   88   905880311   2022年6月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)  

    DOI: 10.1017/S0022377822000460

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MISC

研究活動に関する受賞

  • HPCI利用研究課題優秀成果賞

    2023年10月   高度情報科学技術研究機構  

    川面洋平

  • Young Researcher Award (U40)

    2022年10月   Association of Asia Pacific Physical Societies (Division of Plasma Physics)  

    Yohei Kawazura

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    受賞区分:国際学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 若手奨励賞

    2022年3月   日本物理学会(領域2)  

    川面洋平

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 学生優秀発表賞

    2013年3月   日本物理学会(領域2)  

    川面洋平

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  • 新領域創成科学研究科長賞学業部門

    2013年3月   東京大学  

    川面洋平

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    受賞国:日本国

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 超高解像度電磁流体力学シミュレーションで迫る降着円盤乱流の微小スケール特性

    研究課題/領域番号:20K14509  2020年4月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業 若手研究 

    川面 洋平

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    配分額:4030000円 ( 直接経費:3100000円 、 間接経費:930000円 )

  • マルチスケール手法を用いた高温降着流における乱流加熱研究

    研究課題/領域番号:19K23451  2019年8月 - 2021年3月

    科学研究費助成事業 研究活動スタート支援 

    川面 洋平

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    配分額:2860000円 ( 直接経費:2200000円 、 間接経費:660000円 )

    高温降着円盤におけるイオンと電子のエネルギー配分を求めるために、大スケールは電磁流体力学(MHD)を用い、小スケールはジャイロ運動論を用いて数値シミュレーションを行った。ジャイロ運動論の結果として、イオンと電子の加熱比は圧縮的揺動とAlfven的揺動の比の増加関数となることが分かった。次にMHDの結果として、降着円盤の方位角方向に背景磁場が存在するときは、圧縮的揺動とAlfven的揺動の比がおよそ2になることが分かった。

  • 相対論的傾圧効果による磁場生成に関する理論及びシミュレーション研究

    研究課題/領域番号:26800279  2014年4月 - 2017年3月

    科学研究費助成事業 若手研究(B) 

    川面 洋平

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    配分額:1950000円 ( 直接経費:1500000円 、 間接経費:450000円 )

    四次元時空内で保存する相対論的ヘリシティが流体要素のラベリング対称性に起因することを示した.次に相対論的電磁流体力学(MHD)の最小作用原理を定式化した.この作用原理はこれまで提案されていた電磁流体タイプのモデルを包括している.またこの作用原理から導出した相対論的Hall MHDでは,イオンのスキン長程度の空間スケールをもった無衝突磁気リコネクションが起こり得る.さらに相対論的Hall MHDでは速い磁気音波が光速限界に達するため,シアAlfven波と速い磁気音波の群速度面が融合する.また高強度レーザー実験を模した数値計算により相対論的傾圧効果が有効になるプラズマ領域を明らかにした.

  • 磁気圏プラズマの自己組織化―磁場によって歪むメトリックの非線形効果

    研究課題/領域番号:23224014  2011年4月 - 2016年3月

    科学研究費助成事業 基盤研究(S) 

    吉田 善章,齋藤 晴彦,矢野 善久,森川 惇二,小川 雄一,古川 勝,高瀬 雄一,西浦 正樹,川面 洋平

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    配分額:106340000円 ( 直接経費:81800000円 、 間接経費:24540000円 )

    「渦」は宇宙に遍在する構造でありながら,その生成・維持のメカニズムには未解明な点が多い.そのために渦が関与する自然現象の理解や科学技術への応用には多くの課題が残されている.渦が自己組織化されるメカニズムを明らかにできれば,渦に係わる様々な事象の理解,解析,予測,制御の方法,最適化などが可能になる.
    本研究では,天体磁気圏のプラズマを具体例として,その渦構造が生成するメカニズムを「時空の幾何学」の観点から明らかにした.理論的に予測された自己組織化原理が実験的に検証され,先進的核融合に応用できる新たな高性能プラズマ閉じ込め方式の科学的実証が得られた.

  • 位相欠陥をもつ非線形系のエントロピー生成を用いた乱流の自己組織化に関する研究

    研究課題/領域番号:12J01010  2012年 - 2013年

    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 

    川面 洋平

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    配分額:1000000円 ( 直接経費:1000000円 )

    本年度は1. 高強度レーザー実験における相対論効果による磁場生成の数値計算と2. 相対論的ヘリシティの保存に関する理論計算を行なった. まず1. に関しては相対論的電子流体の数値計算コードを開発し, インドTata Institute of Fundamental Researchのレーザー実験パラメータを参考にして, 現在行われている高強度レーザー実験において相対論的磁場生成がどの程度効いているかを調べた. その結果, 現在のパラメータでは相対論効果による磁場生成は微弱であることがわかった. またプラズマの温度を10倍程度に増強することで, 相対論効果が大きく現れることを発見した. この研究結果は宇宙に存在する渦・磁場構造の起源を説明する理論として近年注目されている相対論的傾圧効果の実験検証に貢献するものである. 次に2. に関してまず, これまで知られている流体/プラズマにおけるヘリシティは相対論的な運動では保存しないことが知られていたが, ヘリシティの定義を拡張し, 相対論的運動でも保存するヘリシティを提案した. 次にこのヘリシティが非相対論におけるヘリシティと同様にNoetherの定理を用いて流体要素のラベリング対称性から導かれることを示した. さらに相対論的電磁流体力学においても, 保存するクロスヘリシティを新たに発見し, その保存がラベリング対称性から導出できることを示した. この研究結果はこれまで流体・プラズマにおける位相欠陥として知られていたヘリシティを相対論に拡張するものであり, 運動が相対論的であっても位相欠陥は維持されることを示している.

その他研究活動

  • 理論とシミュレーションで解き明かす宇宙プラズマの乱流加熱

    2021年10月

     詳細を見る

    http://www.gp.tohoku.ac.jp/research/topics/20211022203213.html

  • 宇宙ではイオンと電子のどちらが熱くなりやすい? – プラズマ物理学の難題に、乱流シミュレーションで挑む!

    2021年4月

     詳細を見る

    https://academist-cf.com/journal/?p=15887

  • 宇宙空間でイオンが電子より高温になる理由を解明 -プラズマ中の"音波"がイオンを選択的に加熱-

    2020年12月

     詳細を見る

    https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/12/press20201215-02-ion.html

 

授業

  • 電磁圏物理学演習 

    2023年度 

  • 電磁圏物理学演習 

    2022年度 

  • 電磁圏物理学演習 

    2021年度 

  • 電磁圏物理学演習 

    2020年度 

  • General Relativity 

    2018年度 

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