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Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
１．目的
宇宙空間プラズマ，核融合プラズマ，電気推進機プラズマなど多様なパラメータ領域で観測される電磁流体現象を理解するために、電磁流体としてのプラズマ現象について理解を深め、電磁流体加速の原理や宇宙推進技術への応用、核融合プラズマ閉じ込めなど、プラズマエネルギーの基礎から応用までの総合的な理解をえる。
２．概要
流体の基礎方程式から、電磁的な効果を加えた電磁流体力学について紹介すると共に、プラズマの集団的な挙動や電磁流体波、衝撃波など多様なパラメータ領域で観測される電磁流体現象に関して講義する。
３．達成目的等
この授業では，主に以下のような能力を修得することを目的とする。
・プラズマの集団現象を司る基礎パラメータの理解
・電磁流体としてのプラズマの基礎方程式
・特徴ある電磁流体現象の理解
・プラズマの電気推進や核融合応用に関する理解
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
In order to understand the electromagnetic fluid phenomena observed in various parameter regions in space plasmas, fusion plasmas, and electric propulsion devices, the lecture aims to deepen the understanding of plasma phenomena as an electromagnetic fluid and to obtain a comprehensive understanding of plasma energy from basics to applications, such as the principle of electromagnetic fluid acceleration and application to space propulsion technology, and confinement of fusion plasma.
From the basic equations of fluids, we will introduce magnetohydrodynamics with electromagnetic effects, and give lectures on the collective behavior of plasma and magnetohydrodynamic phenomena observed in various parameter regions such as electromagnetic fluid waves and shock waves.
The main purpose of this class is to acquire the following abilities.
・ Understanding the basic parameters that govern the collective phenomena in plasmas
・ Basic equation of plasma as electromagnetic fluid
・ Understanding of characteristics of electromagnetic fluid
・ Understanding of electric propulsion and fusion application
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本講では、核融合エネルギーの全体像とその基礎となるプラズマ物理及び核融合炉工学の理解を目指す。
授業の前半には、プラズマの基本的振る舞い、磁場中での荷電粒子の軌道、粒子的側面（衝突や拡散）、流体的側面などプラズマ物理学の基礎を概説したのち、プラズマ閉じ込めのための磁場構造、プラズマの平衡と安定性、プラズマ輸送など、核融合プラズマの閉じ込めに関する物理を解説する。
授業の後半では、核融合を実現するための応用技術として、プラズマ加熱、プラズマ計測、材料科学、核融合炉システムの概要を解説する。
・講義に関連する情報、講義資料、レポート課題及び小テスト問題は、すべてGoogle Classroomに掲示する。受講を希望する学生は必ずGoogle classroomに登録すること。
・講義は、対面で行う。
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The aim of this course is to develop a comprehensive understanding of fusion energy. In the initial part of the course, fundamental concepts of plasma physics will be introduced, emphasizing plasma behaviors such as charged particle motions, collisional effects, and fluid dynamics. Moreover, the basics of fusion plasma will be elucidated, building upon principles of plasma physics. This section will encompass topics like magnetohydrodynamic equilibrium, stability of fusion plasma, and plasma transport. In the latter half of the course, various applications toward fusion energy will be explored, including plasma heating, diagnostics, materials science, and fusion reactor systems.
• All essential information, lecture notes, report assignments and small tests will be posted on Google Classroom.
• Lectures will be conducted in person.
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本講義は，機能性流体におけるプラズマ流と電磁応答流体の基礎と応用について講義する．
プラズマ流は，熱，光，圧力，化学種，荷電粒子，電界など，様々な刺激を生体に与える。この作用を利用したプラズマ医療工学の基礎と応用を，流体工学，プラズマ工学，生体工学の各視点から論じる。また，輸送現象，プラズマ生成現象，生体反応現象について，流体計測法，プラズマ計測法，生体反応計測法といった計測手法と共に講義し，各現象の相互作用について理解する。また，プラズマ医療工学を通して，人類が直面する健康問題の現状と将来についてや生命とプラズマの関わりについて考える．
また，特異な物性をもつ熱プラズマと呼ばれる１万度を超える高温の流体の基礎的な物理を学習し，アーク溶接・プラズマ溶射・ナノ粒子大量生成プロセスといった熱プラズマ応用プロセスについての知識を得ることを通して，流体・熱・物質輸送の種々の現象が重畳する工学プロセスを理解・設計できる素地を養う．
さらに，電磁場下で機能性を発現する電磁応答流体である磁性流体，MR流体，ER流体，イオン液体について，それら流体の機能性発現機構を物理化学的立場から理解し，それらの機能性を利用した工学的先進応用として環境・エネルギー応用および航空宇宙応用を中心に概説する．
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This lecture gives a lecture on plasma flow and electromagnetical response fluids in functional fluids.
Plasma flow is capable of generating heat, light, pressure, chemical species, charged particles and electric field and can stimulate cells/tissues. This course includes phenomena of transport, plasma generation and biological responses for plasma medicine and those measurement methods. Finally, we discuss about present and future of human healthcare and how we control diseases such as pandemic infection through plasma medicine, and we also discuss about relationships between living things and plasma.
The fundamental physics of thermal plasma which is high-temperature fluid over 10,000 K with unique properties is discussed as well. The widely ranging knowledges of thermal plasma applications such as arc welding, plasma spraying, and nanoparticle mass-production are given. Those contents support to gain the abilities of understanding and designing various engineering processes with fluid, heat and mass transfers.
Furthermore, this lecture offers fundamental knowledge on electro-magnetic filed responsive fluids such as magnetic fluid, magneto-rheological (MR) / electro-rheological (ER) fluid, or ionic liquid to understand the mechanism of exhibiting their functionalities under electro-magnetic field from the physico-chemical point of view. The cutting-edge industrial applications of these electro-magentic field responsive fluids will be provided especially in the field of environmental, energy and aerospace engineering.
宇宙空間のプラズマや粒子、電磁場に関わる物理とその計測法の理解は、太陽・惑星・衛星の多様な電磁環境や変動を理解し、正しくその特徴を把握するために重要である。この授業では、宇宙空間のプラズマの波動や粒子の特徴とその直接計測や、電波のリモートセンシングによる電磁環境計測の基礎と応用を論じ、宇宙空間のプラズマ現象の理解に必要な能力を得ることを目的としている。加えて、電磁波や電磁場計測に基づく惑星表層～内部の探査・解析手法についても紹介する。
Due to significant expansion of the geophysics in the last century, the space plasma physics became to be one of the major scientific interest of our planet. This lecture on the space plasma physics introduces basic physical processes of the space plasma surrounding the Earth, planets, satellites and also the sun, and various measurement and evaluation methods for plasma waves, particles and electro-magnetic fields by using spacecraft and remote sensing from the ground. In addition, this lecture also introduces some techniques for exploration inside planets and satellites using electromagnetic waves and fields.
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１．授業の目的と概要
電磁気学は電気，磁気，及び電磁波に関する現象を説明する物理学の１つの分野であり，電気電子工学の重要な専門科目である．本講義では，電磁波の性質，電磁波の放射や伝搬など、電磁波の基本について講義する．
２．成目標等
Maxwell方程式から波動方程式を導き，電磁波の性質について理解した後，電磁波の放射や伝搬など種々の問題に対する理論的な解析法を理解し，様々な電磁現象を物理的に解釈できる素養を身につける．
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1. Course Aims
Electromagnetism is a branch of physics which involves the study of the electric and magnetic field, and electromagnetic waves, is also one of the most important courses in the electrical and electronic engineering. This course covers the fundamental theory and analysis methods of electromagnetic phenomena, including the basic characteristics of electromagnetic waves, as well as the radiation, propagation and scattering problems of electromagnetic waves.
2. Course Objectives
Students should be able to understand the characteristics of electromagnetic waves by deriving and solving wave equation from Maxwell equations. They should also understand the analysis method to the problems of radiation, propagation and scattering of electromagnetic waves. They should have an ability to explain the electromagnetic phenomena from a physical point of view.
ジオスペース（高度100kmから上の電離圏、その外側のプラズマ圏・放射線帯・磁気圏など）を対象として、各領域の特徴と、そこで生起する諸現象について、原因となる太陽活動との関連に留意しながら、背景に働く基礎物理について講義する．
This lecture introduces the structure and variation of geospace (ionosphere, plasmasphere, radiation belt, and magnetosphere) and phenomena occurring in geospace, with discussions on basic physics and its relationship with solar activity.
流体力学の手法は、宇宙における天体現象の研究で広く用いられている。この宇宙の流体力学の特徴として、非一様な外場や自己重力の影響を受けること、超音速の流れであり圧縮性があること、衝撃波などの非線形性が顕著であること、非定常な膨張・圧縮の流体運動が多いことなどがあり、地上では見られない現象が一般的である。本講義では、この宇宙流体力学の基本的な事項を学ぶ。
Fluid dynamics is involved in a very wide range of astrophysical phenomena. Fluid dynamics in astrophysics has several characteristics that hardly appear in flows on the earth: (1)Fluid is accelerated by non-constant external fields (e.g., gravitational and magnetic fields). (2)Flows are often super-sonic and highly compressive. (3)Strongly non-linear flows such as shock waves are often seen. This lecture deals with fundamentals of astrophysical fluid dynamics.
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本授業の目的は，空力応用や材料プロセスといった産業分野にみられる複雑な流体運動の本質を見抜き，予測できる直観力，そしてその制御法を設計するための基盤知識も会得することである。流体力学の定理や支配方程式といった数学的記述のみならず，実験研究による可視化画像や観察動画，および理論に裏付けられたシミュレーションによるコンピュータグラフィックスアニメーションを用いて，流体の自然な振舞いを理解し，その物理に対する洞察力を磨くことで，目的の達成に臨む。また，身近な流体にとどまらず，雷に代表されるプラズマ流体（超高温の電離気体）の特性について学ぶことで自然界への見識を広げ，それらの応用技術の知識も得ることによって新しい流体工学が果たす社会貢献についての理解を深める。これらの一連の内容を英語で聴き，議論しながら課題に取り組む経験を通して，国際舞台で活動するためのコミュニケーション能力の研鑽も兼ねた土台形成も図る。
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The purposes are for students to develop the intuition to understand the nature of flow and predict the complex fluid motions, which appear in various industries such as aerodynamic applications and material processes, and also to acquire the basic knowledge to design the control methods. Through studying Fluid Dynamics with not only the mathematical descriptions of theorems and governing equations but also visualized images and observation videos in experiments and computer graphic animations of simulations based on theories, students improve their abilities to discuss the natural behavior of fluid and develop their insights into physics of fluid for achieving those purposes. By learning not only about normal fluids but also about plasma fluids (very high-temperature ionized gases), such as lightning, students will broaden the insight into the nature and deepen the understanding of the contributions that new fluid mechanics can make to society by acquiring knowledge of their applied technologies. Simultaneously, this course aims to polish communication skills and to build the foundations for students to play important roles on the global stage through their experiences of listening to the lectures and having discussions to solve the problems in English.
マクスウェル方程式をスタートポイントとして、電磁場、電磁放射現象、特殊相対論を議論する。
電磁気学Ⅰ、Ⅱの知識を前提とするが、電磁気学や相対論の復習を兼ね、これまでに学習した電磁気学の講義と十分な重複を持たせて講義する。
Starting from Maxwell's equations, we will discuss electromagnetic fields, electromagnetic radiation phenomena, and special relativity.
It is premised on the knowledge of electromagnetics I and II, but it also serves as a review of electromagnetics and relativity, and the lectures will be given with sufficient overlap with the lectures of electromagnetics learned so far.
荷電粒子の運動からプラズマのマクロな運動、さらにプラズマ波動論にいたる宇宙空間プラズマ物理学の基礎を体系的に理解することを目的とする。
This lecture covers the basic scheme of plasma physics including the motion of charged particles, micro-physics of plasma and its theoretical background, and electrostatic/electromagnetic plasma waves.