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2011 Fiscal Year Annual Research Report

波動粒子相互作用直接観測システムの開発による相対論的電子加速機構の研究

Research Project

Project/Area Number 23224011
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小野 高幸  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10141996)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小嶋 浩嗣  京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (10215254)
三好 由純  名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (10377781)
Keywords超高層物理学 / 磁気圏・電離圏 / 宇宙科学 / 計算物理 / 人工衛星
Research Abstract

波動粒子相互作用解析装置(SWPIA)を開発し、世界初となるプラズマ波動―粒子間相互作用の直接計測実現を目的とする。特にERG衛星の探査領域である内部磁気圏での波動粒子相互作用観測に最適化されたS-WPIAの開発に向けて、「SWPIA計測部」の入力となる高周波受信機と粒子パルスデータ変換・転送回路の研究開発、ならびに、内部磁気圏グローバルモデルと波動粒子相互作用素過程モデルを組み合わせた「SWPIAシミュレータ」による SWPIA解析アルゴリズム開発を行い、内部磁気圏でのSWPIA計測技術を開発・検証・確立する。平成23年度の研究実績は以下の通りである。
「SWPIA計測部」について、衛星システム組み込み状態でのSWPIAを動作させる上で必要となるハードウェアインターフェース等のデザインを行った。また、衛星に搭載されるCPUと同じデザインのCPUボードの試作を購入しSWPIAソフトウェアの開発環境を構築した。更に、SWPIAアルゴリズムの検証を行うためのスペースチェンバー実験手法について検討した。
「SWPIAシミュレータ」については、設備備品費で計算機システムを導入し、モジュールA (グローバルモデル)の初期計算を開始した。実際の磁気嵐の状況におけるシミュレーション計算を行い、ホイッスラーモード波動の線形成長率の空間分布を導出した。モジュールB (素過程計算)では、モジュールAの計算結果を読み込んで初期速度分布を与えるインターフェースの開発を行った。また、SWPIAにより得られる計測量の統計的有意性を評価する方法を提案して、モジュールBによるコーラス放射発生過程の再現実験の中でSWPIA疑似計測を実施、その結果に対して提案した手法を適用する事により定量的に評価し、SWPIA計測結果の評価に活用できる事を示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

- 衛星と等価CPUによるSWPIA開発環境が構築された
- ロケット実験による検証がJAXA側の理由により本計画内で実現ができなくなったが、チェンバー実験での検証手法を取り入れその準備を開始することができている。

Strategy for Future Research Activity

-JAXAスペースチェンバー装置を利用し、電子ビームを打ち込むことによってプラズマ波動を励起し、SWPIAの動作原理やアルゴリズムを検証するための実験を行う。
- 衛星と等価CPU上におけるSWPIAソフトウェアの開発を開始する。
- モジュールAの計算結果を初期値とするモジュールBの計算に着手し、磁気嵐時にダイナミックに変化する内部磁気圏において、いつ・どこでコーラスの非線形発展が観測されるかをシミュレーションから導出する。また、その結果をふまえて、計算機上でS-WPIAの疑似観測を行う。

  • Research Products

    (13 results)

All 2012 2011 Other

All Presentation (12 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] Wave-Particle Interaction Analyzer onboard the ERG satellite2012

    • Author(s)
      Kojima, H., Y. Katoh, M. Hirahara, T. Takashima, K. Asamura, S. Kasahara, Y. Miyoshi, K. Seki
    • Organizer
      Inner Magnetosphere Coupling 2 (IMC-2) Workshop
    • Place of Presentation
      ロサンゼルス、米国
    • Year and Date
      20120319-20120322
  • [Presentation] THEMIS observation of whistler-mode chorus emissions without a gap at half the gyrofrequency2012

    • Author(s)
      Katoh, Y., S. Kurita, Y. Omura, H. Misawa, and V. Angelopoulos
    • Organizer
      Inner Magnetosphere Coupling 2 (IMC-2) Workshop
    • Place of Presentation
      ロサンゼルス、米国
    • Year and Date
      20120319-20120322
  • [Presentation] ERG衛星搭載プラズマ波動観測器(PWE)およびソフトウェア型波動粒子相関作用解析装置(S-WPIA)について2012

    • Author(s)
      小嶋浩嗣
    • Organizer
      SGEPSS波動分科会
    • Place of Presentation
      金沢
    • Year and Date
      20120308-20120309
  • [Presentation] 室内シミュレーションによる波動粒子相互作用の直接観測実験2012

    • Author(s)
      小嶋浩嗣、下山学、平原聖文、三好由純、加藤雄人
    • Organizer
      平成23年度スペースプラズマ研究会
    • Place of Presentation
      宇宙科学研究所・相模原
    • Year and Date
      20120227-20120228
  • [Presentation] ERG衛星で行う波動-粒子相互作用直接計測WPIA: Wave-Particle Interaction Analyzer2012

    • Author(s)
      小嶋浩嗣、加藤雄人、平原聖文、高島健、浅村和史、笠原慧、三好由純、関華奈子
    • Organizer
      第12回宇宙科学シンポジウム
    • Place of Presentation
      宇宙科学研究所・相模原
    • Year and Date
      20120105-20120106
  • [Presentation] Wave-Particle Interaction Analyzer Onboard the ERG Satellite2012

    • Author(s)
      Kojima, H., Y. Katoh, M. Hirahara, T. Takashima, K. Asamura, S. Kasahara, Y. Miyoshi, K. Seki
    • Organizer
      GEMSIS International Workshop
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2012-03-13
  • [Presentation] Amplitude dependence of the generation process of whistler-mode chorus emissions2011

    • Author(s)
      Katoh, Y. and Y. Omura
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ、米国
    • Year and Date
      20111205-20111209
  • [Presentation] Amplitude dependence of the generation process of whistler-mode chorus emissions2011

    • Author(s)
      加藤雄人、大村善治
    • Organizer
      第130回地球電磁気・地球惑星圏学会総会及び講演会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      20111103-20111106
  • [Presentation] 極域磁気圏における波動粒子相互作用の直接観測とそれを実現する小型電磁環境計測器の実証2011

    • Author(s)
      小嶋 浩嗣、平原 聖文、三好 由純、関 華奈子、小野 高幸、熊本 篤志、加藤 雄人、高島 健、浅村 和史、笠原 慧
    • Organizer
      小型衛星による実証シンポジウム
    • Place of Presentation
      学術総合センター(一ツ橋記念講堂)
    • Year and Date
      20110907-20110907
  • [Presentation] Japanese geospace exploration project ERG2011

    • Author(s)
      Miyoshi, Y., T. Ono, T. Takashima, M. Hirahara, K. Seki, K. Asamura, T. Obara, Y. Kasaba, A. Kumamoto, H. Kojima, A. Matsuoka, M. Fujimoto, T. Nagatsuma, K. Shiokawa, and ERG working group
    • Organizer
      AGU Chapman Conference on the Dynamics of the Earth's Radiation Belts and Inner Magnetosphere
    • Place of Presentation
      セントジョンズ、カナダ
    • Year and Date
      20110717-20110722
    • Invited
  • [Presentation] Electron hybrid simulation of nonlinear wave growth of whistler-mode chorus emissions2011

    • Author(s)
      Katoh, Y. and Y. Omura
    • Organizer
      AGU Chapman Conference on the Dynamics of the Earth's Radiation Belts and Inner Magnetosphere
    • Place of Presentation
      セントジョンズ、カナダ
    • Year and Date
      20110717-20110722
    • Invited
  • [Presentation] コーラス放射生成過程に関する計算機実験結果のWPIA計測手法を用いた解析2011

    • Author(s)
      北原理弘、加藤雄人、小野高幸、小嶋浩嗣、大村善治、WPIA検討グループ
    • Organizer
      第130回地球電磁気・地球惑星圏学会総会及び講演会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2011-11-04
  • [Remarks] 波動粒子相互作用直接観測システムの開発による相対論的電子加速機構の研究

    • URL

      http://stpp.gp.tohoku.ac.jp/s-wpia/

URL: 

Published: 2014-07-24  

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