Production rates of long-lived radionuclides Be and Al under direct muon-induced spallation in granite quartz and its implications for past high-energy cosmic ray fluxes

過去の高エネルギー宇宙線フラックスの検出のための花崗岩石英中のミューオン直接核破砕反応による長寿命放射性核種Be-10とAl-26の生成率の測定

櫻井 敬久*; 紅林 泰*; 鈴木 颯一郎*; 堀内 一穂*; 高橋 唯*; 堂下 典弘*; 菊地 聡*; 門叶 冬樹*; 岩田 尚能*; 田島 靖*; 郡司 修一*; 乾 恵美子*; 近藤 薫*; 大江 毅*; 佐々木 宣欣*; 安部 晋一郎   ; 佐藤 達彦   ; 松崎 浩之*; Vlachoudis, V.*

Sakurai, Hirohisa*; Kurebayashi, Yutaka*; Suzuki, Soichiro*; Horiuchi, Kazuho*; Takahashi, Yui*; Doshita, Norihiro*; Kikuchi, Satoshi*; Tokanai, Fuyuki*; Iwata, Naoyoshi*; Tajima, Yasushi*; Gunji, Shuichi*; Inui, Emiko*; Kondo, Kaoru*; Oe, Takashi*; Sasaki, Nobuyoshi*; Abe, Shinichiro; Sato, Tatsuhiko; Matsuzaki, Hiroyuki*; Vlachoudis, V.*

銀河宇宙線の永年変化は銀河の活動に密接に関係しており、局所的な銀河磁場・星間雲・超新星残骸の近くの環境が反映される。高エネルギー銀河宇宙線によって大気中で生成される高エネルギーミューオンは、深い地層まで透過し、岩石中に放射性同位体を生成する。BeやAlのような長寿命の放射性核種は岩石中に蓄積されるため、高エネルギーミューオンの収量の長期変動、ひいては数百万年間の高エネルギー銀河宇宙線(GCR)の長期変動の調査に利用できる。本研究では、CERN SPSのCOMPASS実験ラインにて、160GeV/cの正ミューオンを合成石英プレートと花崗岩コアに照射して、岩石中のBeとAlの生成断面積を測定した。更に、ミューオンが直接起こす核破砕反応とミューオンが生成した二次粒子が引き起こす反応が、岩石中での長寿命核種の生成にそれぞれどの程度寄与するかを明らかにした。

Secular variations of galactic cosmic rays (GCRs) are inseparably associated with the galactic activities and should reflect the environments of the local galactic magnetic field, interstellar clouds, and nearby supernova remnants. The high-energy muons produced in the atmosphere by high-energy GCRs can penetrate deep underground and generate radioisotopes in the rock. As long lived radionuclides such as Be and Al have been accumulating in these rocks, concentrations of Be and Al can be used to estimate the long-term variations in high-energy muon yields, corresponding to those in the high-energy GCRs over a few million years. This study measured the production cross sections for muon induced Be and Al by irradiating positive muons with the momentum of 160 GeV/c on the synthetic silica plates and the granite core at the COMPASS experiment line in CERN SPS. In addition, it the contributions of the direct muon spallation reaction and the nuclear reactions by muon-induced particles on the production of long lived radionuclides in the rocks were clarified.