We review the theory of cosmic ray transport and acceleration with an emphasis on the underlying plasma physics and examine how that theory can be applied to sources such as supernova remnants and giant radio galaxies. Starting with Fermi's original model for scattering off moving magnetized clouds, we discuss quasilinear transport theory and its application to the acceleration of particles at shock fronts. We discuss problems of injection and the excitation of MHD turbulence by the accelerated particles. In the diffusive limit and at strong shocks this mechanism produces a differential energy spectrum of N(E) ∝ E−2. Recent observations of supernova remnants suggest that their spectra may be steeper than this value. We discuss the transport and acceleration of energetic particles in highly correlated magnetic field structures. In this case particles have an enhanced probability of escape from the shock as they are trapped on field lines and the resulting spectrum is steepened up to a value of 2.5. Fast particle transport also seems to be required by observations of the structures of giant radio galaxy lobes as a function of frequency.
我々は、宇宙線輸送と加速の理論を、基礎となるプラズマ物理学に重点を置いて概説し、その理論が超新星残骸や巨大電波銀河などの源にどのように適用されるかを考察する。フェルミの当初のモデルである、移動する磁気雲による散乱から始めて、準線形輸送理論と、それが衝撃波面における粒子加速へどのように応用されるかを議論する。また、注入の問題と、加速された粒子によるMHD乱流の励起の問題についても論じる。拡散極限かつ強い衝撃波の条件下では、この機構はN(E) ∝ E−2の微分エネルギースペクトルを生み出す。近年の超新星残骸の観測は、そのスペクトルがこの値よりも急峻である可能性を示唆している。我々は、高度に相関した磁場構造の中での高エネルギー粒子の輸送と加速について考察する。この場合、粒子は磁力線に捕捉されるため衝撃波から逃散する確率が高まり、結果としてスペクトルはE−2.5の値まで急峻化する。また、高速粒子輸送は、巨大電波銀河の構造を周波数の関数として観測した結果からも要請されているように思われる。