発表資料(pdf)

10/2/24 STPセミナー
Development of a Low Energy
Electron Spectrometer for
SCOPE
SCOPE衛星搭載用電子エネル
ギー分析器の開発
斎藤研 M１富永祐
SCOPE計画の概要
複数衛星の同時観測によって、観測して
いる現象の空間変化と時間変化を分離
衛星間の距離：
1000 – 5000 km:マクロスケールの情報
<~100 km:ミクロスケールの情報
・・これらを同時に観測
地球磁気圏の物理現象
の解明を目指す
SCOPE計画での低エネルギー粒子計測
MHD近似が成り立たず、プラズマ粒子の振る舞いが重
要となる領域を観測
イオン・電子の時間スケールで測定を行う
~10 sec ~10 msec
GEOTAIL Low Energy
Particle (LEP)
Experiment ・・12 secの時
間分解能
高時間分解能（GEOTAIL
LEPの1000倍）の低エネル
ギー粒子計測器が必要
低エネルギー粒子計測の概要
Polar
Azimuth
印加電圧Vによって、計測
する粒子のエネルギーEn
が決まる
観測視野・・polar、azimuth方向
V rc
En  q
2 r
先行研究・研究目標
外球 Inner sphere
内球 Outer sphere
Saito et al., 2009
13.8 cm
３重球の静電分析器
・・２つの異なるエネルギー帯を同時に計測、時間分
解能を上げる
装置のサイズが大きすぎる
・・装置の感度を保ちつつサイズを小さく設計する
設計目標
観測に十分な感度・・ g-factor > 8.0×10^-3 cm^2 str
eV/eV
搭載可能なサイズ・・直径20 cm以下のTop-Hat型分
析器
時間分解能・・ 10 msec 以下
エネルギー分解能・・ ΔE/E = 20 %
Polar角分解能・・ Δα = 12.5 deg
測定エネルギー帯・・ 10 eV〜22.5 keV←32分割して
測定
高感度かつ小型な装置を設計
装置設計
Deflector
inner sphere
(Δr = 4 mm)
outer sphere
(Δr = 4 mm)
8.7 cm
搭載可能なサイズ（<20 cm）まで小型化
エネルギー特性
10 eV〜22.5 keVを32stepに分けて測定
inner,outerで一度に2step計測・・16回電圧を切り替える
0V
310 V
770 V 420 V
0V
観測視野
−
0°
+
 50%  16.0 ・・inner
 50%  11.5 ・・outer

90
°
Field of view
11.25
°
Satellite
180
°
0°
 50%
100%


270
°
１６台の装置で全
方向視野を確保
：
スピンによらない
サンプリング
90
°
Field of view
Satellite
180
°
0°
 50%
100%


270
°
１６台の装置で全
方向視野を確保
：
スピンによらない
サンプリング
収束特性
Theta on MCP
0°
11.25°
11.25°
計測器に、平行な電子ビーム
を入射
ビームがMCP上で収束するか
どうかを確かめる
時間分解能
サンプリングタイム：0.5 msec
一度に全方向測定可能
・・・0.5 × 16 = 8 msec < 10 msec
印加電圧の切り替え回数
感度
gi  7.48  10 3
go  1.00  10 2
(cm 2 str eV /eV /22.5deg)
Conclusion
Saito et al.
本研究
gfactor
(cm^2 str eV/eV/22.5deg)
8.65*10^-3
(inner)
9.07*10^-3
(outer)
7.48*10^-3
(inner)
10.0*10^-3
(outer)
Δα(50%)
6.4 deg
4.6 deg
16.0 deg
11.5 deg
dE/E(50%)
18.8
14.5
23
17
内球の半径 (mm)
108.0
55.0
中間球の半径 (mm)
120.0
59.0
外球の半径 (mm)
132.0
63.0
Top-hatの半径 (mm)
316.0
79.0
装置のサイズを大幅に減らす
Δαを大幅に増やす（dE/E、収束特性）
→gfactorを保ったまま、観測に適した装置の
設計を行った
Future Works
特性計算
・・g-factorを減少させた際の特性評価
・・太陽紫外線の影響
テストモデルの特性評価
観測モードの検討
・・GEOTAILの観測データを用いて、観測領域で十分なカウ
ントを得るための観測モードの検討を行う
Appendix
掃引エネルギーの対数表示
deflectorの役割
inner : 2 keV
outer : 3.3 keV
deflectorを用いて、-10°〜10°付近に分布する
ように粒子の軌跡を変化させる
inner : 2 keV
outer : 3.3 keV
0V
E
-310 V
エネルギーの小さな粒子ほど、大きく曲がる
E-α特性
GEOTAIL LEPでの測定
1/16 spin
spin
Mukai et al., 1994
GEOTAIL衛星
0~40 keVのエネルギーを32分割して測る
衛星のスピンを利用して、全方向の視野を確保

Download Report