11aSA13 JPS2003宮崎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）   2. 計算方法 (モデル)     運動方程式地球磁場入射条件 3. 結果    （天然）反陽子はどこにどれだけ？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)  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 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  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  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   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＋Ｘｎ → 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) ３つのモデル 2.4 エネルギースペクトル Fisk Mode energy ～ 0.3 – 0.7 GeV BESS Mode energy ～ 2.0 GeV continue  運動エネルギースペクトル（モデル-I&モデル-II）   F ( E ) １ / C  E  E , a b ただし C  b / a  Em ba 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)   G( E )  F ( E ) / mc  E 2 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 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 (エネルギー依存性あり) モデル I モデル II モデル III Escape 99 % 18 % 81 % (⇒ バンアレン放射線帯) Arrive <1 % 82 % 18 % ３モデルからの３解の確率（右表） Trap 0 0 1.5%   磁気圏内でのカオス的運動  典型例 @ 1 GeV 捕捉確率空間分布 (1) モデル-I モデル-II モデル-III 陽子 100,000 例 continued 陽子～ 0.1 GeV, 1000 例空間分布 (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 continued ・）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領域に集中空間分布 (3)  高度分布 (Φ=-50,130deg)  陽子反陽子 ● 低高度→SAA 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!! まとめ  もっと統計量を！  統一的モデルによる定量的考察 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.  フラックス,  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