초록 ▼

□ 연구개요
우주 공간에서 관측되는 다양한 전자기 파동 현상들을 플라즈마 미시적인 불안정성에 대한 입사전산모의(Particle-in-cell 시뮬레이션) 방법을 사용하여, 그들의 비선형 현상들에 대하여 연구를 하였다. 태양풍 전자 속도분포함수에서 자기장을　따라 빠른 표류속도를 가지는 “strahl” 전자의 근원과 엄청난 복사 에너지를 강렬한 Fast Radio Bursts(FRBs)의 근원을 설명하기 위해 전자 빔 불안정성에서 발생되는 파동-입자 상호작용을 포함한 비선형 현상이 그들의 근원과 어떻게 연관되어 있는지를 연구하였다

□ 연구개요
우주 공간에서 관측되는 다양한 전자기 파동 현상들을 플라즈마 미시적인 불안정성에 대한 입사전산모의(Particle-in-cell 시뮬레이션) 방법을 사용하여, 그들의 비선형 현상들에 대하여 연구를 하였다. 태양풍 전자 속도분포함수에서 자기장을　따라 빠른 표류속도를 가지는 “strahl” 전자의 근원과 엄청난 복사 에너지를 강렬한 Fast Radio Bursts(FRBs)의 근원을 설명하기 위해 전자 빔 불안정성에서 발생되는 파동-입자 상호작용을 포함한 비선형 현상이 그들의 근원과 어떻게 연관되어 있는지를 연구하였다. 또한, 입사전산모의 방법을 통해 태양풍 및 지구 자기권에서 발생되는 다양한 플라즈마 파동들의 생성 원리 및 특성들을 연구하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
전자 빔 불안정성에 대한 입자전산모의 실험은 두 가지의 연구 목표를 가지고 있었다. 태양풍 전자의 속도분포함수에서 관측되는 strahl 전자의 생성 원리와 아주 멀리 떨어진 천체에서부터 생성될 것이라고 믿어지는 강한 복사 에너지인 FRBs의 생성 원리들을 이해하는 것이다. 또한, 입자전산모의 실험을 통해 태양풍 및 근지구 우주 환경에서 관측되는 다양한 플라즈마 파동들도 그 연구 대상으로 확장하였다. 태양풍 strahl 전자의 생성과정을 입자전산모의 실험을 통해 구현하였고, 전자의 플라즈마 진동수 규모의 미시적인 파동-입자 상호작용이 strahl 전자의 생성에 중요한 기여를 할 수 있음을 보여주었다. 또한, FRBs와 관련된 연구에서는 강한 자기장을 가지는 천체에서 자기장 재결합 현상에서 생성되는 상대론적 에너지를 가지는 전자 빔이 배경 플라즈마에 입사하였을 때, 강한 전자기파를 생성될 수 있고, 이 때 발생된 전자기 파동이 FRBs 라는 가설을 새웠다. 이를 입증하기 위해 먼저 균일한 입자 개수 및 자기장의 세기를 가지는 플라즈마 환경에서의 입사전산모의 실험을 실행하였고, 선형 편광된 강한 전자기 파동이 생성됨을 확인하였다. 하지만, FRBs 의 중요한 특징인 milli seconds 동안의 강한 에너지를 보여주는 파동을 생성하기 위해서는 열린 경계조건에서 지속적으로 입사되는 전자 빔이 필요한데, 이를 구현하는데 어려움이 있었다. 마지막으로 태양풍 및 근지구 우주환경에서의 플라즈마 파동 생성 원리에 대한 연구를 실행하였고, 그 결과들은 다양한 국제저널에 출판되었다.

□ 연구개발결과의 중요성
입자전산모의 실험은 미시적인 플라즈마의 비선형 현상들을 이해하고, 설명하는데 좋은 도구이다. 특히, 본 연구는 지구 자기권 및 태양풍과 같이 인공위성들에 의해 직접적인 탐사가 가능한 우주 공간에서 관측되는 플라즈마 파동 및 입자들의 속도분포함수를 이해하기 위해 중요하다. 또한, 직접 탐사가 불가능한 아주 멀리 떨어진 천체에서 생성되는 고 에너지 전자기파인 FRBs가 플라즈마 파동일 수 도 있다는 연구 가설은 중요하고 앞으로 더 연구되어야 함을 보여주었다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 6
• 4. 참고문헌 ... 7
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 9