プラズマの計算科学
―宇宙・核融合のマクロとミクロ描像を解き明かすMHDとPICシミュレーション―
「プラズマ」は、固体・液体・気体に次ぐ物質の第四の状態であり、宇宙空間では体積の99％以上を占める基本構成要素であると同時に、さまざまな産業でも利用がなされている。
本書では、プラズマの流体的運動による巨視的な運動（マクロ）と、プラズマの荷電粒子の運動による微視的な運動（ミクロ）が織り成す非線形現象を理解するために、基礎概念から最新の手法にいたるまで系統的に解説し、宇宙・核融合などといった分野でのマクロとミクロの基本的な枠組みと、それらの統合化のためにプラズマ計算科学が目指すべき方向性を示す。
第1 章では、プラズマのマクロ・ミクロシミュレーションを理解する上で弼けとなる、磁気圏・太陽・宇宙・核融合などといった、さまざまなプラズマ現象に関する基礎知識、および基礎方程式となるNewton-Maxwell方程式とMHD（電磁流体力学）の枠組みを示す。第2 章では、マクロモデルを取り扱うMHDモデルの基礎およびさまざまなプラズマ現象への適用の枠組について示す。第3 章では、ミクロモデルを取り扱うParticle-In-Cell(PIC)粒子モデルの基礎およびさまざまなプラズマ現象への適用の枠組みについて、第4 章では、新しい展開であるマルチスケール・マルチ物理を扱う統合モデル化および分布関数を取り扱うVlasov（ブラソフ）モデルについて説明する。
前提知識は学部レベルの微分積分・線形代数・ベクトル解析を想定しており、プラズマ計算科学を志す大学院生・研究者のみならず、これまでにプラズマ科学に触れたことの無い読者でも、マクロ・ミクロが生成するプラズマ現象を広く学習が出来るように配慮した。
第1章 プラズマ物理の概観（大澤幸治・梅田隆行）
1.1 プラズマとは何か
1.2 様々なプラズマ
1.3 プラズマの基本的諸量
1.4 基礎方程式系
1.5 プラズマ中の波：外部磁場のない場合
1.6 磁場中の波
1.7 MHD平衡と安定性
1.8 非線形波動
1.9 運動論的効果
1.10 速度空間の歪みによる不安定性
第2章 磁気流体力学(MHD)シミュレーション
2.1 MHD解法の基礎（三好隆博・松本洋介・深沢圭一郎）
2.2 磁気圏シミュレーション（深沢圭一郎・梅田隆行）
2.3 太陽シミュレーション（草野完也）
2.4 宇宙磁気流体シミュレーション（松元亮治）
2.5 核融合シミュレーション（中島徳嘉・藤堂泰）
第3章 粒子(PIC)シミュレーション
3.1 PIC シミュレーションの基礎（梅田隆行・寺田直樹・杉山徹・松本洋介）
3.2 Kelvin-Helmholtz不安定性（松本洋介）
3.3 磁気リコネクション（篠原育）
3.4 無衝突衝撃波（杉山徹・梅田隆行）
第4章 プラズマ計算科学の新しい展開
4.1 マルチスケール・シミュレーション（草野完也）
4.2 Vlasovシミュレーション（梅田隆行）
1.1 プラズマとは何か
1.2 様々なプラズマ
1.3 プラズマの基本的諸量
1.4 基礎方程式系
1.5 プラズマ中の波：外部磁場のない場合
1.6 磁場中の波
1.7 MHD平衡と安定性
1.8 非線形波動
1.9 運動論的効果
1.10 速度空間の歪みによる不安定性
第2章 磁気流体力学(MHD)シミュレーション
2.1 MHD解法の基礎（三好隆博・松本洋介・深沢圭一郎）
2.2 磁気圏シミュレーション（深沢圭一郎・梅田隆行）
2.3 太陽シミュレーション（草野完也）
2.4 宇宙磁気流体シミュレーション（松元亮治）
2.5 核融合シミュレーション（中島徳嘉・藤堂泰）
第3章 粒子(PIC)シミュレーション
3.1 PIC シミュレーションの基礎（梅田隆行・寺田直樹・杉山徹・松本洋介）
3.2 Kelvin-Helmholtz不安定性（松本洋介）
3.3 磁気リコネクション（篠原育）
3.4 無衝突衝撃波（杉山徹・梅田隆行）
第4章 プラズマ計算科学の新しい展開
4.1 マルチスケール・シミュレーション（草野完也）
4.2 Vlasovシミュレーション（梅田隆行）
