Organization
Institute for Space-Earth Environmental Research Division for Ionospheric and Magnetospheric Research Professor
Graduate School
Graduate School of Science
Title
Professor
Contact information
HIRAHARA Masafumi
Degree 3
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博士（理学） （ 1995.7 京都大学 ）
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修士（理学） （ 1989.3 京都大学 ）
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学士（理学） （ 1987.3 京都大学 ）
Research Interests 7
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Solar Wind
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Magnetosphere/Ionosphere
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In-situ Observation
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Exploration Mission
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Aurora
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Space Storm
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Space Plasma
Research Areas 1
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Others / Others / Space Physics
Current Research Project and SDGs 4
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ジオスペース磁気圏の直接探査
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れいめい衛星による地球極域オーロラ現象の観測的研究
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Space Physics
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水星・火星周辺の宇宙空間探査
Research History 7
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Nagoya University Solar-Terrestrial Environment Laboratory Geospace Research Center Director in General
2013.4 - 2015.9
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Professor, Graduate School of Science, The University of Tokyo
2007.9 - 2011.3
Country：Japan
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Associate Professor, College of Science, Rikkyo University
2007.4 - 2007.8
Country：Japan
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Associate Professor, College of Science, Rikkyo University
2000.4 - 2007.3
Country：Japan
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Lecturer, College of Science, Rikkyo University
1997.5 - 2000.3
Country：Japan
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Assistant Professor, Graduate School of Science, The University of Tokyo
1993.4 - 1997.4
Country：Japan
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Assistant Professor, Shool of Science, The University of Tokyo
1992.6 - 1993.3
Country：Japan
Education 3
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Kyoto University Graduate School, Division of Natural Science Geophysics
1989.4 - 1992.5
Country： Japan
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Kyoto University Graduate School, Division of Natural Science Geophysics
1987.4 - 1989.3
Country： Japan
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Kyoto University Faculty of Science Department of Geophysics
1983.4 - 1987.3
Country： Japan
Professional Memberships 5
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Society of Geomagnetism and Earth, Planetary and Space Sciences
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日本地球惑星科学連合
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Asia Oceania Geosciences Society
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American Geophysical Union
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The Japanese Society for Planetary Sciences
Awards 4
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第19回日本航空宇宙学会技術賞受賞
2010.1 日本航空宇宙学会
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The Zeldovich Medal
1998.7 The Committee on Space Research and The Russian Academy of Sciences
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Group Achievement Award (Polar TIDE team and Global Geospace Science investigations team)
1998.6 The National Aeronautics and Space Administration
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Group Achievement Award (Geotail LEP team and Global Geospace Science investigations team)
1998.6 The National Aeronautics and Space Administration
Papers 24
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Triple-Dome Electrostatic Energy Analyzer With 360° Field-Of-View for Simultaneous Measurements of Ions and Electrons Reviewed
Masafumi Hirahara, Tomomi Takei, Shoichiro Yokota, and Tomoki Yanagimachi
Journal of Geophysical Research: Space Physics 2023.10
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Fundamental Development of “Floating-Mode” Avalanche Photodiode for Low-Energy Electron Measurements in Space Plasma Reviewed
Seishiro Tanaka, Masafumi Hirahara, Satoshi Kasahara, and Shin Kubo
Journal of Geophysical Research: Space Physics 2023.9
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In-situ measurement techniques for space plasmas based on floating-mode avalanche photodiode and electrostatic energy-per-charge analyzer Reviewed
Masafumi Hirahara, Seishiro Tanaka, Hinako Kataoka, Satoshi Kasahara, Shin Kubo
Advances in Space Research 2023.9
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Energy Transfer Between Hot Protons and Electromagnetic Ion Cyclotron Waves in Compressional Pc5 Ultra-low Frequency Waves Invited Reviewed
N. Kitamura, M. Shoji, S. Nakamura, M. Kitahara, T. Amano, Y. Omura, H. Hasegawa, S. A. Boardsen, Y. Miyoshi, Y. Katoh, M. Teramoto, Y. Saito, S. Yokota, M. Hirahara, D. J. Gershman, B. L. Giles, C. T. Russell, R. J. Strangeway, N. Ahmadi, P.-A. Lindqvist, R. E. Ergun, S. A. Fuselier, and J. L. Burch
Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 126 ( 5 ) 2021.4
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Pre-flight Calibration and Near-Earth Commissioning Results of the Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) Onboard MMO (Mio) Reviewed International coauthorship
Space Science Reviews Vol. 70 ( 217 ) 2021.7
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Field-Aligned Low-Energy O+ Flux Enhancements in the Inner Magnetosphere Observed by Arase Reviewed
M. Nosé, A. Matsuoka, Y. Miyoshi, K. Asamura, T. Hori, M. Teramoto, I. Shinohara, and M. Hirahara
Journal of Geophysical Research: Space Physics 2021.7
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On the relationship between energy input to the ionosphere and the ion outflow flux under different solar zenith angles Invited Reviewed International coauthorship
Naritoshi Kitamura, Kanako Seki, Kunihiro Keika, Yukitoshi Nishimura, Tomoaki Hori, Masafumi Hirahara, Eric J Lund, Lynn M Kistler, Robert J Strangeway
Earth, Planets and Space Vol. 73 ( 202 ) 2021.11
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Oya Kawashima, Naho Yanase, Yoshihisa Okitsu, Masafumi Hirahara, Yoshifumi Saitoa, Yuzuru Karouji, Naoki Yamamoto, Shoichiro Yokota, Satoshi Kasahara
Planetary and space science Vol. 220 2022.7
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Flux enhancements of field-aligned low-energy O+ ion (FALEO) in the inner magnetosphere: A possible source of warm plasma cloak and oxygen torus Reviewed International coauthorship
M. Nosé, A. Matsuoka, Y. Miyoshi, K. Asamura, T. Hori, M. Teramoto, I. Shinohara, M. Hirahara, C. A. Kletzing, C. W. Smith, R. J. MacDowall, H. E. Spence, G. D. Reeves, and J. W. Gjerloev
Journal of Geophysical Research: Space Physics 2022.3
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High-energy electron experiments (HEP) aboard the ERG (Arase) satellite Reviewed
Mitani Takefumi, Takashima Takeshi, Kasahara Satoshi, Miyake Wataru, Hirahara Masafumi
EARTH PLANETS AND SPACE Vol. 70 2018.5
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Medium-energy particle experiment-selectron analyzer (MEP-e) for the exploration of energization and radiation in geospace (ERG) mission Reviewed
Kasahara Satoshi, Yokota Shoichiro, Mitani Takefumi, Asamura Kazushi, Hirahara Masafumi, Shibano Yasuko, Takashima Takeshi
EARTH PLANETS AND SPACE Vol. 70 2018.5
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Medium-energy particle experiments-ion mass analyzer (MEP-i) onboard ERG (Arase) Reviewed
Yokota Shoichiro, Kasahara Satoshi, Mitani Takefumi, Asamura Kazushi, Hirahara Masafumi, Takashima Takeshi, Yamamoto Kazuhiro, Shibano Yasuko
EARTH PLANETS AND SPACE Vol. 69 2017.12
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High-resolution auroral acceleration signatures within a highly dynamic onset arc
Motoba T. and M. Hirahara
Geophysical Research Letter 2016.3
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Electron properties in inverted-V structures and their vicinities based on Reimei observations Reviewed
Y. Fukuda, M. Hirahara, K. Asamura, T. Sakanoi, Y.Miyoshi, T. Takada, A. Yamazaki, K. Seki, and Y. Ebihara
JournalofGeophysicalResearch: SpacePhysics Vol. 119 page： 3650–3663 2014.5
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The source region and its characteristic of pulsating aurora based on the Reimei observations Reviewed
Nishiyama, N., T. Sakanoi, Y. Miyoshi, Y. Katoh, K. Asamura, S. Okano, and M. Hirahara
J. Geophys. Res. Vol. 116 page： A03226 2011
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Fine-scale dynamics of black auroras obtained from simultaneous imaging and particle observations with the Reimei satellite Reviewed
Obuchi, Y., T. Sakanoi, K. Asamura, A. Yamazaki, Y. Kasaba, M. Hirahara, Y. Ebihara, S. Okano
J. Geophys. Res. Vol. 116 page： A00K07 2011
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Ground-based observations of diffuse auroral structures in conjunction with Reimei measurements Reviewed
Samara, M., R. G. Michell, K. Asamura, M. Hirahara, D. L. Hampton, and H. C. Stenbaek-Nielsen
Ann. Geophys. Vol. 28 page： 873-881 2010
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Scientific objectives and instrumentation of Mercury plasma particle experimental (MPPE) onboard MMO Reviewed
Saito, Y., J. A. Sauvaud, M. Hirahara, S. Barabash, D. Delcourt, T. Takashima, K. Asamura, and BepiColombo MMO/MPPE Team
Planet. Space Sci. Vol. 58 page： 182-200 2010
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Motion of aurorae Reviewed
Chaston, C. C., K. Seki, T. Sakanoi, K. Asamura, M. Hirahara
Geophys. Res. Lett. Vol. 37 page： L08104 2010
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Reimei observation of highly structured auroras caused by nonaccelerated electrons Reviewed
Ebihara, Y., T. Sakanoi, K. Asamura, M. Hirahara, and M. F. Thomsen
J. Geophys. Res. Vol. 115 page： A08320 2010
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Small and meso-scale properties of a substorm onset auroral arc Reviewed
Frey, H.U., O. Amm, C.C. Chaston, S. Fu, G. Haerendel, L. Juusola, T. Karlsson, B. Lanchester, R. Nakamura, N. Ostgaard, T. Sakanoi, E. Seran, D. Whiter, J. Weygand, K. Asamura, M. Hirahara
J. Geophys. Res. Vol. 115 page： A10209 2010
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Time of flight analysis of pulsating aurora electrons, considering wave-particle interactions with propagating whistler mode waves Reviewed
Miyoshi, Y., Y. Katoh, T. Nishiyama, T. Sakanoi, K. Asamura, and M. Hirahara
J. Geophys. Res. Vol. 115 page： A10312 2010
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Identification of substorm onset location and pre-onset sequence using Reimei Reviewed
Zou, S., M. Moldwin, L. Lyons, Y. Nishimura, M. Hirahara, T. Sakanoi, K. Asamura, M. Nicolls, S. B. Mende, C. Heinselman
J. Geophys. Res. Vol. 115 page： A12309 2010
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Scientific objectives and instrumentation of Mercury plasma particle experimental (MPPE) onboard MMO Reviewed
Saito, Y., J. A. Sauvaud, M. Hirahara, S. Barabash, D. Delcourt, T. Takashima, K. Asamura, and BepiColombo MMO/MPPE Team
Planet. Space Sci. Vol. 58 page： 182-200 2010
Books 3
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Evidence for a Multi-Scale Aurora, in The Dynamic Magnetosphere
Chaston, C. C., K. Seki, T. Sakanoi, K. Asamura, and M. Hirahara（ Role： Joint author）
Springer Book 2011.7 （ ISBN:978-94-007-0500-5 ）
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Future Perspectives of Space Plasma and Particle Instrumentation and International Collaborations
Hirahara, M., Y. Miyoshi, N. Terada, I. Shinohara, and T. Mukai（ Role： Joint author）
AIP conference proceedings 2009
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Japan's Small Scientific Satellite, "INDEX" (Reimei), in "Small Satellites: Past, Present, and Future"
Saito, H., and M. Hirahara（ Role： Joint author）
The Aerospace Press 2008
Presentations 1
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A comparative study on the structures and dynamics of auroras and the fine properties of auroral particles using Reimei International conference
M. Hirahara, Y. Fukuda, K. Seki, K. Asamura, T. Sakanoi, T. Takada, A. Yamazaki, and Y. Ebihara
IUGG 2011
Works 1
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風の事典
2010.10-2011.8
KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) 12
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新考案による分析原理と検出応答信号の革新的処理法で探求する惑星圏プラズマ計測技術
Grant number：23K17701 2023.4 - 2026.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金） 挑戦的研究（萌芽）
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
Grant amount：\6240000 （ Direct Cost: \4800000 、 Indirect Cost：\1440000 ）
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宇宙地球系結合機構の実証的研究と次世代電磁気圏探査計画の基盤となる戦略的技術開拓
2016.4 - 2020.3
科学研究費補助金 基盤研究(A)
平原 聖文
Authorship：Principal investigator
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低・高エネルギー粒子、及びＸ線の同時分析機能実現に向けたハイブリッド検出系の試作
2015.4 - 2017.3
科学研究費補助金
平原 聖文
Authorship：Principal investigator
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波動-粒子相互作用・電磁場による放射線帯・衝撃波・極域磁気圏での宇宙プラズマ加速
2009.4 - 2013.3
科学研究費補助金 基盤研究(A)
Authorship：Principal investigator
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低高度極軌道衛星と地上観測網によるジオスペース電離圏現象の多次元・同時総合観測
2007.4 - 2011.3
科学研究費補助金 基盤研究(B)
Authorship：Principal investigator
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広エネルギー帯多成分宇宙プラズマの計測手法確立と相互作用解明を目指す発展的研究
2004.4 - 2008.3
科学研究費補助金 基盤研究(A)
Authorship：Principal investigator
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惑星磁気圏に分布するイオン・中性粒子のエネルギー質量分析技術の新規開発―新設計・開発による高エネルギー粒子計測器の試作とその小型・軽量化―
2001.4 - 2003.3
科学研究費補助金 若手研究(B)
Authorship：Principal investigator
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地球電離圏から磁気圏へ供給されるイオンの加熱・加速・輸送過程,流出量の定量的研究
1998.4 - 2002.3
科学研究費補助金 基盤研究(B)
Authorship：Principal investigator
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地球惑星超高層大気の中性粒子分布・力学機構の実証解明を実現する直接観測の基盤構築
2017.4 - 2021.3
科学研究費補助金 基盤研究(A)
齋藤義文
Authorship：Coinvestigator(s)
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地球惑星超高層大気の中性粒子分布・力学機構の実証解明を実現する直接観測の基盤構築
Grant number：17H01164 2017.4 - 2021.3
齋藤 義文
Authorship：Coinvestigator(s)
本研究の目的は将来の地球の電離圏・磁気圏観測や他天体の周回観測及び他天体への着陸探査を含めた惑星探査に向けた、4種類の人工飛翔体搭載用中性粒子質量分析器を開発することである。「マルチターンTOF型質量分析器」については平成29年度に引き続き宇宙機搭載用パルス高圧電源の開発を行った。その結果、宇宙用TOF型質量分析計に必要な、昇圧レベル1kV・消費電力2W未満・立ち上がり時間50ナノ秒で昇圧後の平坦さ10%以内を実現したパルス高圧電源基板を試作することができた。「多反射リフレクトロン型質量分析器」については、平成29年度に行った設計・検討結果を基に詳細設計を行った上で試験モデルの試作を行うことができた他、平成29年度に完了できなかった1回反射型リフレクトロンの実験室モデルの改良と測定装置の改良を行った。所期の質量分解能200には到達しなかったものの「多反射リフレクトロン型質量分析器」の詳細設計に反映すべき設計指針を得ることができた。「四重極型質量分析器」については、平成29年度に開始した、4つの質量分析器に共通の開発項目である中性粒子の電離機構部の開発を進め、酸化バリウムを多孔質タングステンに含浸させたカソード，および酸化イットリウムをイリジウムにコーティングしたカソードの性能試験・耐久試験を実施することで、搭載可能なレベルの電離機構部の設計を行うことができた。「2次元速度計測用ベネット型中性粒子分析器」については、試作モデルに関して昨年度に行った雑音除去の為の電極構造を設置するための内部電極構造の再確認を行ったのに加えて速度分布関数を取得出来る様に、2次元位置検出器の較正実験を行った。また、粒子ビームの2次元空間プロファイル取得システムを完成させた他、粒子ビームラインのモニターシステムを開発し、中性粒子分析器開発に必要な粒子ビームラインの特性取得を可能にした。
申請時の計画では平成３０年度までに、複数の質量分析器に共通に必要となる「中性粒子の電離機構部」「宇宙機搭載用パルス高圧電源の開発」を行い、「マルチターンTOF型質量分析器」については宇宙機搭載可能な分析器制御部の開発、「多反射リフレクトロン型質量分析器」については試験モデルの試作とレーザーによる固体物質の気化を行う部分の設計・試作、「四重極型質量分析器」については、搭載用四重極質量分析器の設計、「2次元速度計測用ベネット型中性粒子分析器」については、二酸化炭素・アルゴンに対する質量弁別能力の確認と改良を行う予定であった。「中性粒子の電離機構部」については、搭載可能なレベルの電離機構部の設計を行うことができた他、「宇宙機搭載用パルス高圧電源の開発」については、もう少し性能を上げる必要があるものの、宇宙機搭載可能な部品を用いた電源の試験モデルを製作することができた。各質量分析器の開発においても、「マルチターンTOF型質量分析器」については本研究とは別の予算を用いて宇宙機搭載可能な分析器制御部の開発を進めることができた。「多反射リフレクトロン型質量分析器」については、予定通り試験モデルの試作を行うことができたが、レーザーによる固体物質の気化を行う部分については、平成３１年度以降に実施を遅らせることにした。「四重極型質量分析器」については、必要とされる開発技術が近く、より高い性能が期待できる「オービトラップ型質量分析器」の開発を進めることに方針を転換したが、この質量分析器について検討を進めることができた。「2次元速度計測用ベネット型中性粒子分析器」については、性能試験のために必要となるビームラインの性能を確認するためのビームモニターの開発を行うことで、最終的な目的である、窒素原子・酸素原子の質量分離と、それぞれでの密度・風速・温度計測のための測定を行う準備を進めることができた。
4年間の研究計画のうちこれまでに約半分の2年間が過ぎた。複数の質量分析器に共通の開発項目である「宇宙機搭載用パルス高圧電源」の開発については、予定より時間がかかっているが確実に性能の向上を進めている。「マルチターンTOF型質量分析器」の開発で予定していた、「宇宙機搭載可能な分析器制御部」の開発を他の予算で進めることができることになったため、本研究では質量分析器の性能を左右するパルス高圧の開発を更に進めることにするが、他の予算で試作した分析器制御部の性能評価及び調整も行う。「多反射リフレクトロン型質量分析器」については、平成30年度には、実験室モデルの設計・製作を優先したために、レーザーによる固体物質の気化を行う部分の設計・試作が遅れているが、平成31年度に試作後の試験まで含めて実施する予定である。「四重極型質量分析器」に変えて開発を進めることになった、「オービトラップ型質量分析器」は、平成31年度には試験モデルの要素試作を行って開発を進める予定である。「2次元速度計測用ベネット型中性粒子分析器」については、2次元位置検出機能を有するMCP検出器の較正実験を行った結果、検出器からのパルス信号の波高分析処理技術を改修する必要を認めたため、次年度では波高分析処理のプログラミング開発を進め、分析器による中性大気の速度分布関数の取得に向けた分析技術改善を行う予定である。複数の質量分析器に共通に開発を進めている中性粒子の電離機構部については、「多反射リフレクトロン型質量分析器」へのイオンビーム入射条件に適したオプティクスを設計し，含浸カソードおよび酸化イットリウムカソードを用いた電子銃を製作し，そのビーム特性を調べる予定である。この電離機構部と宇宙機搭載用パルス高圧電源については、それぞれの試作品を「多反射リフレクトロン型質量分析器」に接続して性能確認試験を実施することも計画している。 -
Strategic and technical pioneering for foundation of the demonstrative research on the space-Earth coupling mechanisms and the next-generation magnetosphere and ionosphere exploration mission
Grant number：16H02230 2016.4 - 2020.3
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\45760000 （ Direct Cost: \35200000 、 Indirect Cost：\10560000 ）
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Fundamental development of hybrid detector system for simultaneous measurements of low/high-energy space plasma particles and X rays
Grant number：15K13574 2015.4 - 2019.3
Hirahara Masafumi
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\3770000 （ Direct Cost: \2900000 、 Indirect Cost：\870000 ）
We made an innovative design for combining a micro-channel assembly and a silicon strip detector system with ASIC for control and position-sensitive signal read-out, both of which have the space-qualified heritages based on the previous and on-going space exploration missions(INDEX and ERG missions by ISAS/JAXA), in order to fabricate a hybrid detector system to cover a wide energy ranges in the detection of low/high-energy space plasma particles and X/gamma rays over several eV to several MeV. Through the vacuum calibration experiments using our charged particle beamline facility and radio-active source, we have actually confirmed the world's first achievements of the particle detection with the hybrid detector system in vacuum.
Teaching Experience (On-campus) 7
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Magnetospheric Physics
2018
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先端物理学基礎III
2018
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宇宙空間科学講究3
2018
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宇宙空間科学講究4
2018
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先端物理学特論
2018
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理系教養科目「宇宙科学」
2018
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太陽地球系科学
2016
Social Contribution 4
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コズミックカレッジ名古屋会場における講演・実演
2016.3 - 2016.7
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おおぶアカデミー「オーロラなどの宇宙現象について」公開講座
Role(s)：Appearance, Lecturer, Planner, Demonstrator
おおぶアカデミー 2017.9
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栄中日文化センター 「巨大太陽フレアと地球環境」
Role(s)：Lecturer
2018.2
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陸別町出前授業
Role(s)：Appearance, Lecturer, Planner, Demonstrator, Investigater
名古屋大学・宇宙地球環境研究所 2022.11