Transcript ppt - 東京大学宇宙線研究所

Be-7、Na-22などによる宇宙線強度時間変化
（H21年度研究費：350千円、旅費：200千円)
年輪中の放射性炭素測定と
微量放射性同位元素分析
（H21年度研究費：190千円、旅費：200千円）
山形大理：櫻井敬久、菊池聡、佐藤太一、乾恵美子
、鈴木佳代、高橋唯
極地研：門倉昭、佐藤夏雄
名古屋大STE：増田公明、松原豊
UMSA IIF：W.Tavella
研究目的
過去の宇宙線強度変動と太陽活動の探索
宇宙線生成核種の利用（C-14,Be-7)
大気気象情報
宇宙線スペクトル
と太陽活動
現代の宇宙線生成核種の高時間分解能測定
による時間変動の統一的理解
Air-mass motion
Climate
Aerosol
地表宇宙線生成核種の変動は、宇宙線強度変
動を表しているか
現在の太陽１１年周期活動を指標とした検証
Cosmogenic nuclide
Solar magnetic
fields
Cosmic rays
Geomagnetic
fields
Stratosphere
22Na
７Be
10Be
14C
Troposphere
大気中Be-7の捕集と検出
ハイボリュームエアサンプラー
•2000年から日変動を測定
•山形大学理学部屋上にて
•1000 L/min
•23h稼動
回収した濾紙
•
ガラス繊維濾紙
捕集効率：
９９．９９％
（0.3μmの粒子）
高純度ゲルマニウム検出器
トピック
• Be-7濃度変動（2000---2009)
Be-7濃度変動と地磁気擾乱の関係
アイスランドでの変動
チャカルタヤでの測定
２００９年の太陽活動とBe-7濃度
• 古木年輪中のCー14濃度変動の地域性
日変動・年変動 ～solar cycle 23の極大期
(2000年)から極小期(2007年)にかけて～
neutronデータ:WDCCR
SSNデータ：SIDC
8年分の日変動データ
特徴：激しい変動、春・秋の2ピーク、太
陽活動の減衰に伴う増加（41.6%）
8年間の平均濃度:3.97 mBq/m3
変動率（2007値-2002値）/2007値
Be-7@Yamagata: 37.4 %
neutron: 12.2 %
Be-7濃度と地上中性子強度の変動
Be-7は季節変動が強く、これを除去するために全データに365点の移動平均をとった。
Thule地上中性子強
度の極小は、太陽活
動極大から約3年遅
れている。
3年
黒点数
Neutron
＠Thule
Be-7@山形
山形Be-7濃度とThule地上中性子強度の変動パターンはよく一致している。ス
ムージングデータ同士の相関係数は0.94と高い。
→地上中性子強度でBe-7濃度を説明できる。
GOES protonデータと地上中性子強度の変動
Be-7濃度の2003年問題
GOES
黒点数
Neutron
＠Thule
Thule地上中性子とGOES衛
星による高エネルギー
proton(>700MeV)の変動
はよく似ている。相関係数(ス
ムージングデータ)は0.99。
Be-7@山形
静止軌道上にトラップされている放射線帯のprotonエネルギーは数MeV。
それに対して、700MeVは十分に大きく、銀河宇宙線を観測していると考えられ
る。そのため、このＧＯＥＳデータを同じ変動を示している地上中性子強度変動
は銀河宇宙線の強度変動を示している。
しかし、2002年～2004年頃（約2年間）にかけての変動が異なる。
Be-7濃度と地上中性子強度の変
動
～Ap指数と太陽風proton speed
～
宇宙線強度変動に影響する太陽風と地磁気に着目した。
Ap
Proton
Speed
同時期にAp指数、太陽風Proton Speed
に顕著な変動が現れている。
Ap指数：Kp指数より算出された日ごとの指数。
地磁気擾乱の程度を表す。
Proton Speed：ACE衛星観測による太陽風
太陽風速度の上昇で、地磁気擾乱が激しくなっている。 のProton Speed。
• 地上中性子強度とBe-7濃度の変動パターン
が2003年だけ異なることに着目した。
• 太陽風の変化や地磁気擾乱の情報を、大気
中Be-7濃度の地表観測で捉えている。
アイスランドでのBe-7
緯度
標高
捕集開始
38.25 140.3
153m
１９９３年
アイスランド 64.67 -21.2
120m
２００３年９月
山形
経度
宇宙線強度に緯度効果が現れる。
Cut-off rigidity(宇宙線の入りにくさを示す指標):
山形:~10 GV 程度
アイスランド：~0.5 GV 程度
アイスランドは山形と比べて，より低
エネルギーの宇宙線も入射可能。
従って，宇宙線強度はアイスランド
の方が強い。
アイスランド
アイスランド・山形の年変動
4
2
3
Be-7@Iceland
Be-7@Yamagata
5
120
5x105
100
5x105
4x105
80
60
40
20
0
4x105
4x105
4x105
4x105
4x105
2
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Iceland (64.7 N)
~0.5 GV
Yamagata (38.3 N)
~ 10 GV
Thule (76.5  N)
0.00 GV
地上観測の中性子
強度変動(8.9%)に
比べて，Be-7の濃度
変動(44.5%)は
とても大きい。
Be-7濃度変動は
極域上空の宇宙線
強度変動を表して
いると考えられる。
2008
Year
Cut-off
rigidity
Neutrons@Thule
4
SSN
6
変動率（2004年から2008年）
Be-7@Iceland: 44.5%
Be-7@Yamagata: 27.3%
SSN: 86.7%
neutron: 8.9%
山形とアイスランドで
変動パターンが異な
るという問題は，太
陽活動により，今後
両者とも濃度が低下
していくと予想される
ので，その変動が手
掛かりとなる。
アイスランドと山形の月変動
8
Be-7[mBq/m3]
7
Be-7@Yamagata
Be-7@Iceland
6
5
ピーク
山形：春・秋
アイスランド：春
谷
山形：冬・夏
アイスランド：秋
4
但し，アイスランドの季節変動は
山形ほど明確なものではない。
3
2
1
2004/9/1 2005/9/1 2006/9/1 2007/9/1 2008/9/1
Month
2008年以降はアイスランドの
季節によるピーク領域が不明瞭
になっている
Observation of Be-7 at Chacaltaya
Be-7 concentrations @Chacaltaya
mBq/m3
Altitude Distribution
2009 Sept.-Oct.
Daily Be-7 concentrations from
2000 to 2009 @Yamagata
2009年7月
2008年1月
2008年7月
2009年1月
2007年1月
2007年7月
2005年7月
2006年1月
2006年7月
2004年1月
2004年7月
2005年1月
2002年7月
2003年1月
2003年7月
2001年1月
2001年7月
2002年1月
2000年1月
2000年7月
最近のBe-7濃度と太陽活動との比較
SSN
200
160
120
80
40
0
2008: 5.7 mBq/m3
2009: 6.3 mBq/m3
鳥海データとQL,UBデータの比較
鳥海とQL
○: UB – 鳥海
(UB-鳥海)差の加重平均： -23.8 ± 4.4 yr
Difference of the 14C age
Difference of the 14C age
鳥海とUB
○: QL – 鳥海
(QL-鳥海)差の加重平均： -22.8 ± 4.5 yr
鳥海神代杉（日本産樹木）とUB,QL(欧州産樹木)との間にオフセットがある。
14C濃度に換算すると約3‰、日本が欧州に対し濃度が低い。
14C年代おける鳥海とUB,QLとの時間変動の
関係
日本と欧州の14C年代の絶対値にはオフセットがある。
両者の14C年代における時間変動にどのような関係があるか。
相関係数： 0.83
傾き： 0.85 ± 0.12
相関係数： 0.68
傾き： 0.68 ± 0.11
相関がある → グローバルスケールでの大気中14C時間変動における一様性を確認
ここまでの内容について投稿済み
(Suzuki, et al., Radiocarbon. submitted.)
East Asia Summer Monsoon
(Cosford et al. 2009)
(Kueh MT ・ Lin SC 2010)
K-40
year
MB_Det04
鳥海
1995
92_93_94
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
1981
1980
1979
1978
1977
1976
1975
1974
1973
1972
1971
1970
1969
1968
1967
1966
1965
1964
1963
1962
1961
1960
1959
1958
1957
1956
1955
1954
1953
1952
1951
1950
year
金峰杉
MB_Det04
鳥海
1995
92_93_94
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
1981
1980
1979
1978
1977
1976
1975
1974
1973
1972
1971
1970
1969
1968
1967
1966
1965
1964
1963
1962
1961
1960
1959
1958
1957
1956
1955
1954
1953
1952
1951
1950
-1.0E-05
2.0E-05
1.5E-05
cps/g
3.0E-05
cps/g
年輪中の放射性同位体
7.0E-05
Pb-212
6.0E-05
5.0E-05
4.0E-05
2.0E-05
1.0E-05
0.0E+00
3.5E-05
3.0E-05
2.5E-05
1.0E-05
5.0E-06
0.0E+00
Publication
“Temporal variation of 7Be concentrations in
atmosphere for 8 y from 2000 at Yamagata, Japan:
solar influence on the 7Be time series”,
S. Kikuchi, H. Sakurai et al.
Journal of Environmental Radioactivity, 100, pp.515–
521, 2009
まとめ
• 太陽の活動期から静穏期にあたる2000年からの10年間に
わたるＢｅ－７濃度測定結果を示した。2009年の濃度はまだ
上昇している。
• 太陽風の変化や地磁気擾乱の情報を、大気中Be-7濃度の
地表観測でとらえられている可能性がある。
• アイスランドでのBe-7濃度変動は減衰期に入った可能性が
ある。
• チャカルタヤでの観測を開始した。
• 約２６００年前の年輪中C14濃度変動測定は、日本とヨー
ロッパでオフセットがあり、アジアモンスーンの影響が考えら
れる。