Transcript In situ cosmogenic seminar 松四 雄騎: matsushi@ntu

In situ cosmogenic seminar
1. 宇宙線の照射と核種の生成
Outline
1. 一次宇宙線と二次宇宙線
2. 核種の生成（‘meteoric’ と ‘in situ’）
Goal
核種の生成に関わる背景を理解する．
松四 雄騎: [email protected]
1. 一次宇宙線と二次宇宙線
銀河宇宙線（GCR: galactic cosmic
radiation）の起源と組成
α -pa rtic le s
(~ 1 2 % )
H e a vie r
nuc le i a nd
E le c tro ns
(< 1 % )
P ro to ns
(~ 8 7 % )
星間にはあらゆるベクトルの
超新星起源粒子が飛んでいる．
C o m po ne nts o f G C R
超新星爆発（左: SN1604; 右: SN1987A）の例
Photo: http://www.nasa.gov/
太陽圏（Heliosphere）による遮蔽
太陽風が作り出す電場によって，低エネルギーの粒子は入ってこられない．
ヘリオポーズ
ヘリオスフィア
星間ガス
太陽系
一次宇宙線のエネルギー
地球に入射する宇宙線:
●銀河宇宙線 > 109 eV (GeV)
Max: ~1020 eV (銀河外起源?)
●太陽起源 < 108 eV (~数百MeV)
一次宇宙線のエネルギースペクトル
data from Sanuki et al. (2000)
地磁気による偏向
磁場中の荷電粒子の運動
↓
ローレンツ力による偏向
N
F
B
E
S
宇宙線フラックスは極地方で
最大となる．
西村ほか 宇宙放射線 原図
Earth image from: http://www.fourmilab.ch/earthview/
地球大気との相互作用
一次宇宙線:
ヘリオスフェアを横切ってきた
高エネルギーのプロトン
大気元素と連鎖的な
核反応を起こす．
Ar (0.9%)
大気の質量%
99.9%
80%
http://www.fourmilab.ch/earthview/
http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/layers.htm
57.8%
O2
(21%)
N2 (78%)
エアシャワー
1 TeV (1012 eV) のプロトンが対流圏（~20 km）に突入したら?
AIRES (AIR shower Extended Simulations)
Downloaded from COSMUS: http://astro.uchicago.edu/cosmus/index.html
二次宇宙線
中性子，ミューオンなど．
エアシャワーによる粒子群．
2. 核種の生成（‘meteoric’ と ‘in situ’）
大気元素（N，O，Ar）との相互作用
neutron
proton
Secondly cosmic ray
3n
16O
(8p, 8n)
10Be
連鎖反応
(4p, 6n)
4p
拡散・循環
16O(n,
4p 3n)10Be
14N(n,
p)14C
40Ar(p,
n a)36Cl
Meteoric nuclides
地表物質（Si, O, Ca, K, Mg, Fe）との相互作用
Secondly cosmic ray
neutron
muon
Land surface
Terrestrial material
地表物質（Si, O, Ca, K, Mg, Fe）との相互作用
Secondly cosmic ray
neutron
直接，その場で生成
In situ nuclides
muon
Land surface
Terrestrial material
N uclid e
3
He
10
14
21
26
36
H alf-life (yr)
–
6
Be
1.5 1× 1 0
C
5.7 3 × 1 0
Ne
–
Al
7.2 0× 1 0
Cl
3.0 1× 1 0
3
5
5
D ecay
Target elem en ts
M ain targ et m inerals
stable
O , S i, Fe
O livine, p yro xen e, h orn blende, garn et
O, Mg
Q u artz, o livine
O
Q u artz, calcite
stable
S i, M g
Q u artz, o livine, g arnet, clinop yro xen e
EC
Si
Q u artz
C a, K , C l
K -fe ld spar, plag io clase, calcite
β
-
β
-
EC, β
-
10Be
と26Al の生成
⇒寄与率の異なる3つの反応により，
地表近傍に生成
⇒地表石英中の生成率は，
16O→10Be（~5 atom/yr at SLHL），
28Si→26Al（~30 atom/yr at SLHL）．
石英のアドバンテージ
(1) 単純なターゲット元素組成（SiO2）．
(2) ユビキタスに存在する．
(3) 結晶構造が風化作用に強い．
(4) meteoric 10Be の除去が容易．
(5) 安定27Alの含有量が少ない．
In situ-produced 10Be and 26Al in quartz
地上を構成している物質そのものが測定試料
微量元素定量方法（AMS）の発達
地表面露出年代 （Exposure age）
or (rarely both)
地表の侵食速度（Erosion rate）