Here we describe a new experiment to test the shielding concept of a dipole-like magnetic field and plasma, surrounding a spacecraft forming a 'mini magnetosphere'. Initial laboratory experiments have been conducted to determine the effectiveness of a magnetized plasma barrier to be able to expel an impacting, low beta, supersonic flowing energetic plasma representing the solar wind. Optical and Langmuir probe data of the plasma density, the plasma flow velocity and the intensity of the dipole field clearly show the creation of a narrow transport barrier region and diamagnetic cavity virtually devoid of energetic plasma particles. This demonstrates the potential viability of being able to create a small 'hole' in a solar wind plasma, of the order of the ion Larmor orbit width, in which an inhabited spacecraft could reside in relative safety. The experimental results have been quantitatively compared with a 3D particle-in-cell 'hybrid' code simulation that uses kinetic ions and fluid electrons, showing good qualitative agreement and excellent quantitative agreement. Together the results demonstrate the pivotal role of particle kinetics in determining generic plasma transport barriers.
ここでは、双極子様磁場とプラズマが宇宙機を取り囲む「ミニ磁気圏」を形成する遮蔽概念を試験するための新しい実験について述べる。低ベータ、超音速で流れる、太陽風を模した高エネルギープラズマを排除する磁化プラズマ障壁の有効性を判定するために、初期実験が実施された。プラズマ密度、プラズマ流速、双極子磁場強度の光学およびラングミュアプローブデータは、高エネルギー粒子を実質的に含まない、狭い輸送障壁領域と反磁性空洞の形成を明確に示している。このことは、有人宇宙機が相対的な安全性を保って滞在できる、イオンラーマー軌道幅程度の大きさの「穴」を太陽風プラズマ中に形成できる可能性を示している。実験結果は、運動論的イオンと流体電子を用いた3次元粒子インセル「ハイブリッド」コードシミュレーションと定量的に比較され、良好な定性的一致と優れた定量的一致が示された。これらの結果は、一般的なプラズマ輸送障壁の決定における粒子運動論の極めて重要な役割を実証している。