Dipole plasma exhibits strong heterogeneities in field strength, density, temperature and other parameters, while maintaining a holistic balance. Our study of the internal structures reveals the fundamental self-organizing mechanisms operating in their simplest realization (as commonly observed in astronomical systems). Three new findings are reported from the RT-1 experiment. The creation of a high-energy electron core (similar to the radiation belts in planetary magnetospheres) is observed for the first time in a laboratory system. High-energy electrons (3–15 keV), produced by electron cyclotron heating, accumulate in a 'belt' located in the low-density region (high-beta value ~1 is obtained by increasing the high-energy component up to 70% of the total electrons). The dynamical process of the 'up-hill diffusion' (a spontaneous mechanism of creating density gradient) has been analyzed by perturbing the density by gas injection. The spontaneous density formation in the laboratory magnetosphere elucidates the self-organized plasma transport relevant to a planetary magnetosphere. The coherence-imaging spectroscopy visualized the two-dimensional profiles of ion temperature and flow velocity in the ion cyclotron resonance frequency heating. The ion temperature and flow were enhanced globally, and particularly along the magnetic field lines near the levitation magnet. These results advance our understanding of transport and self-organization not only in dipole plasmas, but in general magnetic confinement systems relevant to fusion plasmas.
ダイポールプラズマは、磁場強度、密度、温度、その他のパラメータにおいて強い不均一性を示す一方、全体的な平衡を維持している。我々の内部構造の研究は、最も単純な実現形態（天体システムで一般的に観測される）において作用する基本的な自己組織化機構を明らかにする。RT-1実験から3つの新しい発見が報告される。高エネルギー電子コア（惑星磁気圏の放射線帯に類似）の生成が、実験室システムで初めて観測された。電子サイクロトロン加熱によって生成された高エネルギー電子（3–15 keV）は、低密度領域に位置する「ベルト」に蓄積する（高エネルギー成分を全電子の70%まで増加させることで、高ベータ値～1が得られる）。「上り坂拡散」（密度勾配を生成する自発的機構）の動的過程は、ガス注入による密度の摂動によって解析された。実験室磁気圏における自発的密度形成は、惑星磁気圏に関連する自己組織化プラズマ輸送を解明する。コヒーレンス・イメージング分光法は、イオンサイクロトロン共鳴周波数加熱におけるイオン温度と流速の二次元分布を可視化した。イオン温度と流れは、全体的に、特に浮上磁石近傍の磁力線に沿って増強された。これらの結果は、ダイポールプラズマだけでなく、核融合プラズマに関連する一般的な磁気閉じ込めシステムにおける輸送と自己組織化の理解を前進させる。