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。
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