磁場に閉じ込められた高温の核融合プラズマや自然界で見られるプラズマはとても複雑な振る舞いを示します。そのような複雑な現象を調べる方法の一つとして、スーパーコンピュータによるシミュレーション研究は大変重要な役割を果たしています。シミュレーション研究では、複雑なプラズマの様子をコンピュータの中で再現しますが、そのためのシミュレーション手法として、流体的な手法や粒子的な手法など、様々なモデルが開発されています。これらのモデルは、それぞれ、再現したい現象によって使い分けています。そのうち、プラズマ中の運動論的な現象（例えば、プラズマ中の粒子と波動の相互作用など）を調べる際に用いられるのが、Particle-in-Cell（PIC）法による粒子シミュレーションです。PICシミュレーションでは、プラズマを構成する個々の荷電粒子の運動方程式とMaxwell方程式を自己無撞着に解いて、プラズマの複雑な現象をシミュレーションすることができます。本課題では、PIC法の基礎を学び、実際にシミュレーションコードによる計算をおこなって、プラズマ中の運動論的現象の理解を目指します。

粒子シミュレーションの例（左上：Bunemann不安定性、右上：Landau減衰、左下：イオン音波不安定性）と実習のひとコマ（右下）