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地球近傍における宇宙線陽子・反陽子空間分布シミュレーション

JPS2003 宮崎. 11aSA13. 地球近傍における宇宙線陽子・反陽子空間分布シミュレーション. 普喜 満生 ，桑原綾子，澤田のぞみ 高知大学教育学部 Faculty of Education, Kochi University. 目次. 1. はじめに（動機・目的） （天然） 反陽子はどこにどれだけ？ 2. 計算方法 ( モデル ) 運動方程式 地球磁場 入射条件 3. 結果 放射線帯の形成 空間分布 4. まとめ. 1. はじめに（動機・目的）. 1-1 反陽子と磁気圏 気球実験 ( 反陽子 と 陽子 )

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地球近傍における宇宙線陽子・反陽子空間分布シミュレーション

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  1. JPS2003宮崎 11aSA13 地球近傍における宇宙線陽子・反陽子空間分布シミュレーション 普喜 満生，桑原綾子，澤田のぞみ 高知大学教育学部 Faculty of Education, Kochi University

  2. 目次 • 1. はじめに（動機・目的） • （天然）反陽子はどこにどれだけ？ • 2. 計算方法 (モデル) • 運動方程式 • 地球磁場 • 入射条件 • 3. 結果 • 放射線帯の形成 • 空間分布 • 4. まとめ

  3. 1. はじめに（動機・目的） • 1-1 反陽子と磁気圏 • 気球実験 (反陽子と陽子) • 衛星・宇宙ステーション (陽子, 電子) • BESS, CAPRICE, etc. • AMS, HEAT, PAMERA… • 地球の周りにはどこにどれだけ 反陽子が存在しているのか ? • ⇒コンピュータシミュレーション

  4. 2. 計算方法 (モデル) 2-1 運動方程式 Lorentz 力； V ：速度，ｍ： 質量 ， ｃ ：光速， B：磁場 (静的)，ｑ：電荷， E = 0；電場なし

  5. 2-2 磁場 (静的) • 例 : 双極子磁場 ….. Störmer理論 • 回転（ら線） • 反復 • ドリフト

  6. IGRF (国際標準地磁気) • 球面調和関数展開, 12次 • SAA 領域 (低高度、弱い)　(South American Anomaly) • 磁気圏内に適用 • 磁気圏外帯成分 (Beard-Mead)の付加

  7. 2-3 入射モデル 初期条件 • I） ｐ (磁気圏外からの自由入射陽子) 宇宙線一次陽子CRPP • II） ｐ ＋ Ａ → ｐ ＋ Ｘ (空気との衝突反応) 発生＠20 km, アルベド陽子 CRAP • III）ｐ ＋ Ａ →　ｎ ＋ Ｘ ｎ → ｐ ＋ e－ ＋ ν (アルベド中性子からの崩壊) τ ＝ 900 秒, 発生＜１０RE，崩壊陽子 CRAND 反陽子も同様, （対創生） • III）ｐ ＋ Ａ →　ｐ ＋ ｎ ＋ ｎ－＋ Ｘ(対生成) ｎ－→ ｐ－ ＋ e＋ ＋ ν (反中性子からの崩壊)

  8. ３つのモデル

  9. 2.4 エネルギースペクトル Fisk BESS Mode energy ～0.3 – 0.7 GeV Mode energy ～ 2.0 GeV

  10. continue • 運動エネルギースペクトル （モデル-I&モデル-II） Em: 最頻エネルギー, a, b: スペクトルべき指数 • Em =0.3 GeV for 陽子(太陽活動静穏期), • Em =2.0 GeV for 反陽子. • 指数 a = -1, b = 1.5. • モデル-III (崩壊陽子/反陽子)

  11. 計算方法 • 3-次元運動方程式を時間について解く • Runge-Kutta-Gill 法 • 範囲： RE(=6,350km) ～ 10・RE • 時間刻み： 10 μ秒（近傍）～ 10 m秒（外部） • １粒子当り最大６００秒間追跡 • エネルギー範囲： 10 MeV ～ 10 GeV • 出発位置および方向：ランダム（一様） • 中性子崩壊：ランダム（τ＝900 秒），＜ 10・RE

  12. 3. 結果 捕捉確率 • ３つの解 • Escape …. 磁気圏から 　　　　　　　　　　の脱出 • Arrive …. 地球に到着 • Trap …. 捕捉 磁気圏内でのカオス的運動 　　(⇒ バンアレン放射線帯) • ３モデルからの３解の確率（右表） 典型例 @ 1 GeV (エネルギー依存性あり)

  13. 捕捉確率

  14. 空間分布 (1) モデル-II モデル-I モデル-III 陽子 100,000 例

  15. continued 陽子 ～ 0.1 GeV, 1000 例

  16. ・） 両極地方表面分布 @400km 陽子/モデル-I 100,000 粒子 反陽子/モデル-I 分散傾向 空間分布 (2)

  17. ・） 世界表面分布 ISS@400km 陽子/モデル-III 10,000 粒子 反陽子/モデル-III SAA領域に集中 continued

  18. 高度分布 (Φ=-50,130deg) 陽子●反陽子 空間分布 (3) 低高度→SAA

  19. 4. 結論 • 宇宙線(反)陽子は両極に到着しやすい （リジディティ・カットオフ：宇宙線硬度限界） • 崩壊陽子は Van-Allen放射線帯形成に有利 (CRAND; 宇宙線アルベド中性子崩壊) • 低エネルギー（<0.1GeV）崩壊陽子ほど捕捉されやすい • 高いエネルギー（～1GeV）反陽子は放射線内帯に捕捉 • 陽子と反陽子はSAA領域に集中しやすい • 陽子の尾が東に、反陽子の尾が西に形成（逆周り） • 反陽子の方が高度 2000km程度の低高度に強く集中 ☆これらは定性的な結論!!

  20. まとめ • もっと統計量を！ • 統一的モデルによる定量的考察 • フラックス, p－/p比, • エネルギースペクトル,方向分布. • 生成効率・捕捉時間． • 太陽活動の影響等の変動. • 他の結果との比較 • 理論・シミュレーション • （来るべき）実験結果

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