プラズマ粒子観測器 (PPE)

PPEパッケージは、4つの電子計測器 (LEP-e、MEP-e、HEP、XEP) と2つのイオン計測器 (LEP-i、MEP-i) から構成されています。電子計測器は10 eVから20 MeVまでの電子を計測でき、イオン計測器は10 eV/qから180 keV/qまでのイオンを質量分析して計測できます。図1は、それぞれのプラズマ粒子観測器のエネルギー範囲と内部磁気圏のプラズマ・粒子群を示します。計測器のエネルギー範囲を互いに重ねるように設計することで、広いエネルギー帯域で連続したエネルギースペクトルが得られるようになっています。PPE計測器の諸元は、表1と2にまとめました。

電子に関して、HEPとXEP計測器は、ともに主に放射線帯の相対論的電子を検出します。これらの計測器は、位相空間密度の動経方向の分布を求めるために用いられます。熱い電子の分布関数の異方性はプラズマ波動の自由エネルギーになりますので、LEP-eとMEP-eによる分布関数の観測は、プラズマ波動が内部磁気圏でどのように励起されるかを解明するのに重要です。これまで、高エネルギー粒子の影響が大きいため、放射線帯の中で数10 keV以下のエネルギーの粒子を計測することは困難でした [Liu et al., 2005]。背景の影響を軽減する新技術をERG 衛星搭載のPPEに用いることで、数10 keVの電子を詳細に計測することが可能になりました [S. Kasahara et al., 2009]。

LEP-iとMEP-i計測器は、イオンのエネルギー・質量分析器です。高エルギー粒子の影響によるノイズを効果的に軽減することもできる飛行時間 (TOF) 法を用いることで、数種類のイオンを同定できます。特に、新しい技術により、180 keV/qまでのイオンの全立体角方向の計測が可能になりました [Kasahara et al., 2006]。これらのイオンのデータは、リングカレントのイオンの発展の研究に利用されます。最近の計算機シミュレーションにより、イオンホールがEMIC波動の非線形発展をもたらすことが示されました [Shoji and Omura, 2011]。また、イオンの環状分布により磁気音波が生じることも示されました [Chen et al., 2010]。ERG 衛星の観測により、これらの波動はどのようなプラズマ不安定性により励起されるかが解明されると期待されます。さらに、イオンの質量分析は、リングカレント粒子の組成を求め、宇宙嵐中の内部磁気圏でプラズマ圧の分布がどのように磁場形状を変化させるかを理解するのに重要です。

図1: プラズマ粒子観測器PPEの観測エネルギー帯域

表1: PPEの諸元 (1)
計測器エネルギー範囲視野範囲 (仰角 x 方位角)エネルギー分解能角度分解能 (仰角 x 方位角)エネルギーチャンネル方位角セクター数仰角セクター数ビット数質量分析質量範囲質量分解能
電子XEP400 keV - 20 MeV±10°25 keV20° x 22.5°1816-16---
HEP-L70 keV - 1 MeV 10° x 180°15% at 70 keV, 10% at 100 keV5° x 10°16 (2機器合わせて)161516---
HEP-H700 keV - 2 MeV10° x 180°10% at 2 MeV10° x 10°161516---
MEP-e10 keV - 80 keV5° x 360°10%5° x 5°16323216---
LEP-e10 eV -19 keV2.86° x 270°8.8%2.86° x 22.6° (2.86° x 3.75° fine)3216(12+10+1)16---
イオンMEP-i10 keV/q - 180 keV/q5° x 360°15%10° x 22°1616161651-32 AMU M/ΔM=6
LEP-i10 eV/q - 25 keV/q5° x 290°14%5° x 22.5°321516124-H+, He++, He+, O+

表2: PPEの諸元 (2) (オプションセンサーを除く)
計測器計測技術重量 (kg)寸法 (mm)電力 (W)
電子XEPSi solid-state detector (SSD) + gadolinium silicon oxide scintillator telescope / Anticoincidence detection for noise rejection4.5190φ x 2505.0
HEPMultistacked Si SSD telescope / Coincidence detection for noise rejection3.0200φ x 2008.0
MEP-eCusp-type electrostatic energy analyzer with Si avalanche photo diode / Energy coincidence detection for noise rejection8.0300φ x 40012.0
LEP-eTophat-type electrostatic energy analyzer / Radiation shields for noise suppression6.0200φ x 3009.0
イオンMEP-iCusp-type electrostatic energy + Time-of-flight (TOF) type mass analyzer + Si SSD / TOF coincidence detection for noise rejection9.0400φ x 40012.0
LEP-iTophat-type electrostatic energy analyzer + TOF type mass analyzer / TOF coincidence detection for noise rejection7.0200φ x 30010.0
粒子MDP-4.5114 x 253 x 17113.0

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