太陽放射線被ばく警報システムWASAVIESの開発に成功 ICAOグローバル宇宙天気センターの一員としデータ提供

2019年11月7日

国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

大学共同利用機関法人情報・システム研究機構国立極地研究所

国立大学法人広島大学、独立行政法人国立高等専門学校機構茨城工業高等専門学校

国立大学法人名古屋大学

太陽放射線被ばく警報システム(WASAVIES)の開発に成功

~ICAOグローバル宇宙天気センターの一員としてデータ提供開始~

【ポイント】

■ 太陽フレアに伴う放射線被ばく線量の増加をリアルタイムに推定できるシステムを開発

■ 地球上のあらゆる場所の地表面から高度100kmまでの宇宙放射線被ばく線量推定が可能

■ 世界中の航空機乗務員等の宇宙放射線被ばく管理、運航管理に必須の情報としてICAOへ提供

 国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT、理事長: 徳田 英幸)、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長: 児玉 敏雄)、大学共同利用機関法人情報・システム研究機構国立極地研究所(所長: 中村 卓司)を中心とする研究グループは、太陽フレア発生時に飛来する太陽放射線の突発的な増加を地上と人工衛星の観測装置を用いてリアルタイムに検出し、太陽フレア発生直後から太陽放射線による被ばく線量を推定する、太陽放射線被ばく警報システムWASAVIES(ワサビーズ)の開発に成功しました。

 本技術の開発により、太陽フレアに伴う放射線被ばく線量を地球上の高度100kmまでのあらゆる場所でリアルタイムに推定できるようになりました。これにより、航空機乗務員等の被ばく線量をリアルタイムに監視し、必要に応じて航路を変更するなど、航空機の運航管理に利用される宇宙天気情報の一つとして、宇宙放射線被ばくに関する情報提供ができるようになりました。

 2019年11月7日(木)から、NICTはアジアで唯一、国際民間航空機関(ICAO)のグローバル宇宙天気センターの一員として通信・衛星測位・放射線被ばくに関する情報を提供していくこととなりました。本技術は、その運用に不可欠な情報として活用されていく予定です。

【背景】

 近年、様々な分野で宇宙天気情報のニーズが高まりつつあります。特に航空業界では、2011年から民間航空機の運航に際して宇宙天気情報の利用が義務化され、国際民間航空機関(ICAO)を中心にその準備が進められてきました。NICTは日本の宇宙天気予報機関として、アジアで唯一ICAOグローバル宇宙天気センターの一員として認証されました。2019年11月7日(木)にサービスの提供を開始します。

図1: 成田-ニューヨーク線の航路の沿った被ばく線量の例

図1: 成田-ニューヨーク線の航路の沿った被ばく線量の例

 ICAOでは、主に太陽活動を原因とする無線通信障害、測位誤差の増大と並んで、宇宙放射線による被ばく線量の増加を懸念しており、宇宙天気情報として宇宙放射線被ばくに関する情報を提供することが決められています。また、航空機乗務員の宇宙放射線による被ばくは、職業被ばくとして認定されているため、民間航空会社では、乗務員の放射線被ばく管理を行うことが必要とされています。(ただし、地上への被ばくの影響はほとんどないことが確認されています。)

 このような背景から、研究グループでは、宇宙放射線による被ばくに関する情報提供を目指し、太陽放射線被ばく警報システムの開発を進めてきました。

 宇宙から飛来する放射線は、太陽系外から定常的に飛来している銀河宇宙線と、太陽フレア発生時に突発的に太陽から飛来する太陽放射線に大別されます。銀河宇宙線による被ばく線量は、短期間ではほとんど変化しないため比較的容易に推定することができ、そのためのシステムは既に実用化され、一部の民間航空会社などで乗務員の宇宙放射線被ばく管理に利用されてきました。

 一方で、太陽放射線は、平均年1回程度発生する大規模太陽フレアに伴って突発的に増加し、数時間程度で減少するため、太陽フレアの発生予測が困難である現状では、被ばく線量をリアルタイムに推定することは困難でした。

【今回の成果】

 今回の研究では、太陽放射線の突発的な増加をリアルタイムに検出し、それをトリガとして大気圏内の任意地点における太陽放射線による被ばく線量を、太陽フレア発生直後からリアルタイムに推定する太陽放射線被ばく警報システムWASAVIES(ワサビーズ)を開発しました。

 太陽放射線による被ばく線量を推定するシステムは世界中で開発されていますが、これらのシステムは地上か人工衛星のどちらかの観測データのみを用いたシステムです。一方で、本研究グループが開発したWASAVIESは、ほかのシステムと異なり、地上での太陽放射線量の増加を検出した直後に人工衛星の観測データも用いて被ばく線量を評価することで、地表から高度100kmまでの地上のあらゆる場所で、高い精度での被ばく線量推定が可能になりました。

 このシステムは、異なる分野の研究者がそれぞれ開発したモデルを一つに統合することで、太陽から放出された太陽放射線が地上に到来する間に起こる様々な過程を精度良く再現することができるようになり、太陽放射線による被ばく線量の増加をリアルタイムに推定することが可能になりました。

 WASAVIESにより、航空機乗務員の太陽放射線による被ばく線量をリアルタイムに監視することができるようになり、宇宙放射線による被ばく線量が高い航路を避けたり、運航高度を下げたりするなど、世界中の民間航空機の運航に必須の情報として利用されることが期待されます。図1、2にWASAVIESの表示例を示します。

 本研究は、宇宙天気、太陽物理、超高層大気、原子核物理、放射線防護など様々な分野の研究者が連携して達成した異分野融合研究の成功例といえます。

 WASAVIESにより発信される情報は、以下のホームページから閲覧することができます。

 https://wasavies.nict.go.jp/

図2: WASAVIESが推定した過去の太陽フレア時の航空機高度での世界中の被ばく線量推定値

図2: WASAVIESにより推定された過去の大規模太陽フレア時の航空機高度における宇宙・太陽放射線による被ばく線量分布

白い線は被ばく線量を特に詳細に推定する航空路を表す。

【今後の展望】

 今後は、今回開発した太陽放射線被ばく警報システムWASAVIESを、被ばく線量のリアルタイム推定だけでなく、現在試行的に行っている予測についても実用に耐え得る精度に向上させていきます。さらに、本システムを宇宙空間まで拡張することで、今後盛んになると期待される有人月・惑星探査などでの宇宙飛行士の被ばく管理や、大規模太陽フレア発生時の宇宙飛行士の退避判断などにも利用できるシステムを目指します。

 NICTは、今後とも宇宙天気に関する最新の知見をICAOに提供することで、より安心・安全な航空運用に資するよう努力していきます。

図3: WASAVIES概念図

図3: WASAVIES概念図

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プレスリリース添付画像

図1: 成田-ニューヨーク線の航路の沿った被ばく線量の例

図2: WASAVIESが推定した過去の太陽フレア時の航空機高度での世界中の被ばく線量推定値

図3: WASAVIES概念図

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