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 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

2 目次 1. はじめに（動機・目的） 2. 計算方法 (モデル) 3. 結果 4. まとめ （天然）反陽子はどこにどれだけ？ 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) II） ｐ ＋ Ａ → ｐ ＋ Ｘ (空気との衝突反応)
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

10 continue 運動エネルギースペクトル （モデル-I&モデル-II） モデル-III (崩壊陽子/反陽子)
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
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 ３モデルからの３解の確率（右表） Escape …. 磁気圏から の脱出 Arrive …. 地球に到着
　　　　　　　　　　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） 1 GeV (エネルギー依存性あり) モデル I II III Escape 99 % 18 % 81 % Arrive <1 % 82 % Trap 1.5%

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 空間分布 (2) ・） 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

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

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

19 4. 結論 ☆これらは定性的な結論!! 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 他の結果との比較 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