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

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23224011
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 高幸 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10141996)
• 研究分担者: 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) ; 加藤 雄人 東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (60378982)
• 連携研究者: 平原 聖文 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (50242102) ; 関 華奈子 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (20345854) ; 熊本 篤志 東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (00302076)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 太陽地球システム / 宇宙天気

研究概要

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波動粒子相互作用解析装置(SWPIA)について、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の開発に向けた「SWPIA計測部」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った。また実際の搭載機器に相当するハードウェア上でのプログラムを開発しアルゴリズムの評価を開始した他、原理検証とアルゴリズムの高度化を目指したスペースプラズマチェンバーによる実際のプラズマ実験も行った。

研究成果

• [雑誌論文] Direct Measurement of Nonlinear Wave-Particle Interactions in the Earth's Magnetosphere : Wave-Particle Interaction Analyzer (WPIA) for ERG Mission (2014)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Hikishima, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc 巻: 1 ページ: 015100
  • DOI: doi:10.7566/JPSCP.1.015100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Significance of Wave-Particle Interaction Analyzer for direct measurements of nonlinear wave-particle interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Kitahara, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 雑誌名: Ann. Geophys 巻: 31 ページ: 503-512
  • DOI: doi:10.5194/angeo-31-503-2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global characteristics of electromagnetic ion cyclotron waves : Occurrence rate and its storm dependence (2013)
  • 著者名/発表者名: Keika, K., K. Takahashi, A. Y. Ukhorskiy, and Y. Miyoshi
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 4135-4150
  • DOI: doi:10.1002/jgra.50385
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed solar wind with southward interplanetary magnetic field causes relativistic electron flux enhancement of the outer radiation belt via enhanced condition of whistler waves (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., R. Kataoka, Y. Kasahara, A. Kumamoto, T. Nagai and M. F. Thomsen
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett 巻: 40 ページ: 4520-4525
  • DOI: doi:10.1002/gr1.50916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the background magnetic field inhomogeneity on generation processes of whistler-mode chorus and hiss-like broadband emissions (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 4189-4198
  • DOI: doi:10.1002/jgra50395
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study of the plasma wave enhancements in the Earth's equatorial plasmasphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kalaee, M. J., Y. Katoh, and T. Ono
  • 雑誌名: Earth Moon Planets 巻: 110 ページ: 131-141
  • DOI: doi:10.1007/s11038-013-9414-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Akebono observations of EMIC waves in the slot region of the radiation belts (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, K., Y. Kasahara, M. Shoji, Y. Omura, Y. Miyoshi, T. Nagatsuma, A. Kumamoto, and A. Matsuoka
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett 巻: 40 ページ: 5587-5591
  • DOI: doi:10.1002/2013GL058258
  • 査読あり
• [雑誌論文] 波動粒子相互作用による放射線帯相対論的エネルギー電子の生成機構とその人工衛星観測による実証に向けて (2013)
  • 著者名/発表者名: 三好由純, 加藤雄人, 小嶋浩嗣, 疋島充
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 第89巻,第8号 ページ: 536-543
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle simulations of whistler-mode rising-tone emissions triggered by waves with different amplitudes (2012)
  • 著者名/発表者名: Hikishima, M., and Y. Omura
  • 雑誌名: J. Geophys. Res 巻: 117, A04226 ページ: 1-9
  • DOI: doi:10.1029/2011JA017428
  • 査読あり
• [雑誌論文] THEMIS observation of chorus elements without a gap at half the gyrofrequency (2012)
  • 著者名/発表者名: Kurita, S., Y. Katoh, Y. Omura, V. Angelopoulos, C. M. Cully, O. Le Contel, and H. Misawa
  • 雑誌名: J. Geophys. Res 巻: 117, A11223 ページ: 1-7
  • DOI: doi:10.1029/2012JA018076
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Energization and Radiation in Geospace (ERG) Project, in "Dynamics of the Earth's Radiation Belts and Inner Magnetoshpere" (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., T. Ono, T. Takashima, K. Asamura, M. Hirahara, Y. Kasaba, A. Matsuoka, H. Kojima, K. Shiokawa, K. Seki, M. Fujimoto, T. Nagatsuma, C. Z. Cheng, Y. Kazama, S. Kasahara, H. Matsumoto, N. Higashio, A. Kumamoto, S. Yagitani, Y. Kasahara, K. Ishisaka, Y. Katoh, Y. Ebihara, Y. Omura, M. Nose, T. Hori, Y. Miyashita, Y. Tanaka, T. Segawa, and ERG-working group
  • 雑誌名: Geophys. Monogr. Ser 巻: vol.199 ページ: 103-116
  • DOI: doi:10.1029/2012GM001304
  • 査読あり
• [学会発表] ERG衛星搭載ソフトウェア型波動ー粒子相互作用解析装置(S-WPIA) (2013)
  • 著者名/発表者名: 小嶋浩嗣, 加藤雄人, 疋島充, 三好由純, 大村善治
  • 学会等名: 第13回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 相模原
  • 年月日: 20130108-09
• [学会発表] Study of the method of wave data processing for Wave-Particle Interaction Analyzer(WPIA) (2013)
  • 著者名/発表者名: 疋島充, 加藤雄人, 小嶋浩嗣, 大村善治, 三好由純, 小野高幸, WPIA検討グループ
  • 学会等名: 第134回SGEPSS総会および講演会
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 2013-11-05
• [学会発表] 内部磁気圏におけるコーラス励起のシミュレーション-グローバルモデルによる非線形波動励起の評価- (2013)
  • 著者名/発表者名: 三好由純, V. Jordanova, 片岡龍峰, 加藤雄人, and M. Thomsen
  • 学会等名: 第134回SGEPSS総会および講演会
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 2013-11-03
• [学会発表] 宇宙プラズマ中での波動粒子相互作用直接計測手法の実験室プラズマへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人、金子俊郎、文贊鎬、平原聖文、下山学、小木曽舜、渡邉智彦、小嶋浩嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Simulation on the chorus wave exciation during the high-speed coronal hole streams (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., V. Jordanova, R. Kataoka, Y. Katoh, and M. Thomsen
  • 学会等名: 2013 Asia-Pacific Radio Science Conference
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2013-09-04
• [学会発表] Electron hybrid simulation of nonlinear wave growth of whistler-mode chorus emissions in the equatorial region of the Earth's inner magnetosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 学会等名: ISSS-11
  • 発表場所: Taiwan, R.O.C.
  • 年月日: 2013-07-21
• [学会発表] Wave-Particle Interaction Analyzer (WPIA) for direct measurements of nonlinear wave-particle interactions in the Earth's magnetosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Hikishima, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Plasma Conference
  • 発表場所: Chiba
  • 年月日: 2013-07-14
• [学会発表] Direct Measurement of Wave-particle Interactions in the Inner Magnetosphere by the S-WPIA on Board the JAXA/ERG Satellite (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikishima, M., Y. Katoh, H. Kojima, Y. Omura, Y. Miyoshi, and T. Ono
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 2013
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 2013-06-25
• [学会発表] Geospace Exploration Project : ERG (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., T. Ono, T. Takashima, K. Asamura, M. Hirahara, Y. Kasaba, A. Kumamoto, A. Matsuoka, H. Kojima, K. Shiokawa, K. Seki, M. Fujimoto, T. Nagatsuma, and ERG working group
  • 学会等名: 29th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2013-06-05
• [学会発表] Evaluation of WPIA by PIC simulations for direct measurement of wave-particle interactions in the generation process of chorus emissions (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikishima, M., Y. Katoh, H. Kojima, Y. Omura, Y. Miyoshi, T. Ono, and WPIA team
  • 学会等名: JpGU 2013
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] ERG衛星搭載波動粒子相互作用解析装置 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小嶋浩嗣, 加藤雄人, 疋島充, 平原聖文, 高島健, 浅村和史, 笠原慧, 三好由純, 大村善治
  • 学会等名: JpGU 2013
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] 内部磁気圏ホイッスラーモード波動のIMF Bz依存性に関するシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 三好由純、Vania Jordanova、片岡龍峰、加藤雄人、Michelle Thomsen
  • 学会等名: JpGU 2013
  • 発表場所: Makuhari
  • 年月日: 2013-05-20
• [学会発表] Significance of Wave-Particle Interaction Analyzer for direct measurement of nonlinear wave-particle interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 学会等名: EGU General Assembly 2013
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2013-04-09
• [学会発表] 地球磁気圏におけるホイッスラーモード・コーラス放射と高エネルギー電子との相互作用の直接観測に向けた検討 : Wave-Particle Interaction Analyzer (WPIA) (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人, 疋島充, 小嶋浩嗣, 大村善治, 笠原慧, 平原聖文, 三好由純, 関華奈子, 浅村和史, 高島健, 小野高幸
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Simulation on the IMF Bz control of the chorus wave excitation during the high-speed coronal hole streams (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., V. Jordanova, R. Kataoka, Y. Katoh, and M. Thomsen
  • 学会等名: THEMIS/ARTEMIS SWG
  • 発表場所: Fairbanks, USA
  • 年月日: 2013-03-25
• [学会発表] ERG衛星で行う波動-粒子相互作用直接計測 WPIA : Wave-Particle Interaction Analyzer (2012)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第12回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 20120105-06
• [学会発表] Simulation on the IMF Bz control of the whistler mode wave excitation associated with the high-speed coronal hole streams (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., V. K. Jordanova, R. Kataoka, Y. Katoh, and M. Hikishima
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2012-12-06
• [学会発表] Significance of Wave-Particle Interaction Analyzer for direct measurement of nonlinear wave-particle interactions (2012)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., M. Kitahara, H. Kojima, Y. Omura, S. Kasahara, M. Hirahara, Y. Miyoshi, K. Seki, K. Asamura, T. Takashima, and T. Ono
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2012-12-05
• [学会発表] Performance tests of medium-energy electron analyzer and ion mass spectrometer developed for SPRINT-B/ERG (2012)
  • 著者名/発表者名: Kasahara, S., K. Asamura, T. Takashima, and M. Hirahara
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2012-12-02
• [学会発表] Numerical study of chorus wave generation in the inner magnetosphere during the storm-time condition (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤雄人,大村善治,三好由純,疋島充,関華奈子
  • 学会等名: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] スペースチェンバー内の直接計測によるプラズマ波動・粒子相互作用の室内基礎実験-シミュレーション環境の詳細- (2012)
  • 著者名/発表者名: 下山学,平原聖文,小曽木舜,小嶋浩嗣
  • 学会等名: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] スペースチェンバー内の直接計測によるプラズマ波動・粒子相互作用の室内基礎実験-電子ビーム粒子分析系の開発- (2012)
  • 著者名/発表者名: 平原聖文,下山学,石黒恵介,林鮎子,小曽木舜,小嶋浩嗣
  • 学会等名: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] スペースチェンバー内の直接計測によるプラズマ波動・粒子相互作用の室内基礎実験-プラズマ波動計測系の開発- (2012)
  • 著者名/発表者名: 小嶋浩嗣,片山由美子,平原聖文,下山学
  • 学会等名: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Evaluation of WPIA method on generation process of chorus emissions by full-particle simulations - toward the ERG satellite (2012)
  • 著者名/発表者名: 疋島充,加藤雄人,大村善治,小嶋浩嗣,三好由純,小野高幸,WPIA検討グループ
  • 学会等名: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] SPRINT-B/ERG衛星に搭載する中間エネルギー電子分析器のエネルギー・角度応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: 笠原慧,浅村和史,高島健,平原聖文
  • 学会等名: 第132回地球電磁気・地球惑星圏学会総会および講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] ERG Mission : Acceleration of energetic electrons by plasma waves (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., T. Ono, T. Takashima, K. Asamura, M. Hirahara, Y. Kasaba, A. Kumamoto, A. Matsuoka, H. Kojima, K. Shiokawa, K. Seki, M. Fujimoto, T. Nagatsuma, and ERG working group
  • 学会等名: AOGS-AGU (WPGM) Joint Assembly
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2012-08-17
• [学会発表] Variability of the Minimum Detectable Energy of an APD as an Electron Detector onboard ERG (2012)
  • 著者名/発表者名: Kasahara, S., T. Takashima, and M. Hirahara
  • 学会等名: AOGS-AGU (WPGM) Joint Assembly
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2012-08-15
• [学会発表] WPIA計測における不確定性の考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 北原理弘、加藤雄人、小野高幸、WPIA検討グループ
  • 学会等名: JpGU 2012
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2012-05-23
• [学会発表] Simulation on the IMF Bz control of the whistler mode wave excitation associated with the high-speed stream (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, Y., V. Jordanova, R. Kataoka, Y. Matsumoto, and Y. Katoh
  • 学会等名: JpGU 2012
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2012-05-21
• [学会発表] Wave-Particle Interaction Analyzer onboard the ERG satellite (2012)
  • 著者名/発表者名: Kojima, H., Y. Katoh, M. Hirahara, T. Takashima, K. Asamura, S. Kasahara, Y. Miyoshi, K. Seki
  • 学会等名: Inner Magnetosphere Coupling 2 Workshop
  • 発表場所: Los Angeles, USA
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] Wave-Particle Interaction Analyzer Onboard the ERG Satellite (2012)
  • 著者名/発表者名: Kojima, H., Y. Katoh, M. Hirahara, T. Takashima, K. Asamura, S. Kasahara, Y. Miyoshi, K. Seki
  • 学会等名: GEMSIS International Workshop
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-03-13
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 小嶋浩嗣
  • 学会等名: SGEPSS波動分科会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2012-03-08
• [学会発表] 室内シュミレーションによる波動粒子相互作用の直接観測実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小嶋浩嗣、下山学、平原聖文、三好由純、加藤雄人
  • 学会等名: 平成23年度スペースプラズマ研究会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2012-02-28
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第130回地球電磁気・地球惑星圏学会総会及び講演会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 小型衛星による実証シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Electron hybrid simulation of nonlinear wave growth of whistler-mode chorus emissions (2011)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y. and Y. Omura
  • 学会等名: AGU Chapman Conference on the Dynamics of the Earth's Radiation Belts and Inner Magnetosphere
  • 発表場所: St. John's, Canada
  • 年月日: 2011-07-20
• [学会発表] Japanese geospace exploration project ERG, AGU Chapman Conference (2011)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: Dynamics of the Earth's radiation belts and inner magnetosphere
  • 発表場所: St. John's, Canada
  • 年月日: 2011-07-19
• [図書] 太陽地球圏(現代地球科学入門シリーズ) (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野高幸, 三好由純
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: 共立出版
• [備考]
  • URL: http://stpp.gp.tohoku.ac.jp/s-wpia/