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

Be-7Be-7 、、 Na-22Na-22 などによる宇宙線強度時間変化などによる宇宙線強度時間変化（（ H21H21 年度研究費：年度研究費： 350350 千円、旅費：千円、旅費： 200200 千円千円 ))

年輪中の放射性炭素測定と年輪中の放射性炭素測定と微量放射性同位元素分析微量放射性同位元素分析

（（ H21H21 年度研究費：年度研究費： 190190 千円、旅費：千円、旅費： 200200 千円千円））

過去の宇宙線強度変動と太陽活動の探索

研究目的

宇宙線生成核種の利用（ C-14,Be-7)

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

大気気象情報 宇宙線スペクトルと太陽活動

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

p

N

e

ν

π

π

Ar

e

e

36Cl

π

p

10Be

μ

ν

N

N

n

p

n

14C O

O14CO2

aerosol

μ

ν

e

Stratosphere

Geomagnetic fields

Solar magnetic fields

Cosmic rays

22Na

14C

10Be

Cosmogenic nuclide

７ Be

Troposphere

大気中大気中 Be-7Be-7 の捕集と検出の捕集と検出

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）

• 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～

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% ）

変動率（ 2007 値 -2002 値） /2007 値Be-7@Yamagata: 37.4 %neutron: 12.2 %

変動率（ 2007 値 -2002 値） /2007 値Be-7@Yamagata: 37.4 %neutron: 12.2 %

neutron データ :WDCCRSSN データ： SIDC

8 年間の平均濃度 :3.97 mBq/m3

Be-7Be-7 濃度と地上中性子強度の変動濃度と地上中性子強度の変動

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。

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。

3 年

Be-7@ 山形

Neutron＠ Thule

黒点数

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。

GOES protonGOES proton データと地上中性子強度の変動 データと地上中性子強度の変動 Be-7Be-7 濃度の濃度の 20032003 年問題年問題

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@ 山形

Neutron＠ Thule

黒点数

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 。

GOES

Be-7Be-7 濃度と地上中性子強度の変濃度と地上中性子強度の変動動

～～ ApAp 指数と太陽風指数と太陽風 proton speeproton speedd ～～

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の 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

ProtonSpeed

太陽風速度の上昇で、地磁気擾乱が激しくなっている。

宇宙線強度変動に影響する太陽風と地磁気に着目した。

• 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。

アイスランドでのアイスランドでの Be-7Be-7

緯度 経度 標高 捕集開始

山形 38.25 140.3 153m １９９３年アイスランド 64.67 -21.2 120m

２００３年９月

アイスランド

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。

宇宙線強度に緯度効果が現れる。

アイスランド・山形の年変動

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%

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%

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。

Cut-off rigidity

Iceland (64.7 N) ~0.5 GV

Yamagata (38.3 N) ~ 10 GV

Thule (76.5 N) 0.00 GV

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。

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。

2

4

0

20

40

60

80

100

120

4x105

4x105

4x105

4x105

4x105

4x105

5x105

5x105

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

2

3

4

5

6

Be-7

@Yam

agata

Be-7

@Ic

ela

nd

SS

N

Neu

tron

s@Th

ule

Year

1

2

3

4

5

6

7

8

2004/9/1 2005/9/1 2006/9/1 2007/9/1 2008/9/1

Be-7@Yamagata

Be-7@Iceland

アイスランドと山形の月変動

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

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。

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

Be-7

[mB

q/m

3]

Month

Observation of Be-7 at Chacaltaya

Be-7 concentrations @Chacaltaya

mB

q/m

3

2009 Sept.-Oct.

Altitude Distribution

Daily Be-7 concentrations from 2000 to 2009 @Yamagata

最近の Be-7 濃度と太陽活動との比較

SSN

0

40

80

120

160

200

2000

1年

月20

007

年月

2001

1年

月20

017

年月

2002

1年

月20

027

年月

2003

1年

月20

037

年月

2004

1年

月20

047

年月

2005

1年

月20

057

年月

2006

1年

月20

067

年月

2007

1年

月20

077

年月

2008

1年

月20

087

年月

2009

1年

月20

097

年月

2008: 5.7 mBq/m3

2009: 6.3 mBq/m3

鳥海データと QL,UB データの比較

Diff

ere

nce o

f th

e 1

4C

ag

e

Diff

ere

nce o

f th

e 1

4C

ag

e

(UB- 鳥海 ) 差の加重平均： -23.8 ± 4.4 yr

(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。

鳥海と UB 鳥海と QL

○: UB – 鳥海 ○: QL – 鳥海

14C 年代おける鳥海と UB,QL との時間変動の関係

相関係数： 0.83傾き：　 0.85 ± 0.12

相関係数： 0.68傾き：　 0.68 ± 0.11

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

(Kueh MT ・ Lin SC 2010)

(Cosford et al. 2009)

Pb- 212

- 1.0E- 05

0.0E+00

1.0E- 05

2.0E- 05

3.0E- 05

4.0E- 05

5.0E- 05

6.0E- 05

7.0E- 05

19501951195219531954195519561957195819591960196119621963196419651966196719681969197019711972197319741975197619771978197919801981198219831984198519861987198819891990199119921993199492_93_941995

鳥海

MB_D

et04

year

cps

/g

K- 40

0.0E+00

5.0E- 06

1.0E- 05

1.5E- 05

2.0E- 05

2.5E- 05

3.0E- 05

3.5E- 0519501951195219531954195519561957195819591960196119621963196419651966196719681969197019711972197319741975197619771978197919801981198219831984198519861987198819891990199119921993199492_93_941995

鳥海

MB_D

et04

year

cps/

g

年輪中の放射性同位体

金峰杉

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。