宇宙線ミュオンによる富士山体内部の密度異常検出のための多地点同時観測網の構築

• Project/Area Number: 21H03735
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 居島 薫 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10345697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白木 一郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10399389) ; 永嶺 謙忠 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (50010947)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
• Keywords: 宇宙線ミュオン / ミュオンラジオグラフィ / 富士山 / プラスチックシンチレータ / MPPC / FPGA

Outline of Research at the Start

宇宙線ミュオンによる山体透視技術は、小規模火山においてマグマ上昇の可視化に成功している唯一の観測手段である。巨大な富士山についても観測可能か？ 多くの研究者は、宇宙線ミュオンの透過能では富士山を透視できないと考えている。しかしながら、昨年、研究代表者らが太郎坊ブルドーザー基地で開始した観測では、わずか1か月ほどの観測で山頂近傍や表皮などの比較的薄い（～2km）部分において、透過ミュ オンの検出に成功している。透過（レントゲン）画像が何を現しているのか？ 観測地点を複数個所に拡張し、立体計測へ発展させこの問いの答えを得ることを目的とした。

Outline of Annual Research Achievements

初年度(2021年度)は、富士山透視観測のための宇宙線ミュオン観測装置を製作するための基本設計と製造メーカーへの発注業務を、当初の計画としていた。当該観測装置は、市販品が無く、「対面」による綿密かつ高度な打ち合わせにより仕様を決定しながら開発を進める性格のものである。しかしながら新型コロナウイルス感染症の蔓延による大学内の強い行動制限のため、製造メーカーとの「対面」による打ち合わせが困難であったことや、その他の社会情勢による半導体不足などの影響を総合的に考慮し、製造メーカーへの製作依頼を断念した。
このため大学内のワークショップを利用して研究代表者（居島）が製作することに方針を転換した。1年先行する研究（基盤Ｓ分担）においても同様な事情により、別の仕様のものを本研究代表者（居島）が開発したことから、そのノウハウを転用し本研究用の観測措置を自主開発し得るノウハウは獲得出来ている。
上記を踏まえ研究計画を練り直し、初年度は、これまでに自主開発すべき観測装置の基本設計を終え、年度末までにプラスチックシンチレータ・波長変換ファイバー・MPPC・FPGAなどの不足が予想される半導体を含む主要な部品の調達を完了した。
また、すでに稼働中の1号機においては、同じくコロナ禍により行動が制限される中、年間の主要なメンテナンスを4半期に1度程度に抑え、リモート操作により観測を継続している。本研究による別角度からの観測結果と合わせた立体的な解析が期待できる。
（MPPC：（光検出器）アバランシェフォトダイオードアレイ、FPGA：（計測回路））

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初、観測装置の製作を製造メーカーに依頼する予定であったため、2022年度はその完成を待つのみの予定であった。これを自主開発することに方針転換したため、2022年度には製作する作業が新たに追加される。　発生したこの作業の分だけ遅れとして計上される。計画全体のスケジュールにおいては0.5年程度と見積もられるが、研究目的を達成する上での障害にならないと考えている。

Strategy for Future Research Activity

次年度（2022年度）以降は、富士山用宇宙線ミュオン観測装置に製作を進めながら、完成時期の目途が付いた段階で観測地点の交渉に着手。電源の確保。既設1号機の運用（データのさらなる蓄積）。観測地点については、富士山富士吉田口の５合目を想定している。１件の交渉は３年程前に途中まで進められたが、その後は保留状態にあるため、再度交渉が可能がどうかが鍵となる。当該地域は官民混在し、現在のところは「民」が窓口である。交渉結果次第では他のアプローチを試みる予定である。これらを総合的に実行し、富士山を２方向から観測して立体的な地下構造を推定するための知見を得る予定である。
途中の成果の発表方法については、その都度、研究分担者やその他のアドバイザーのお知恵を借りながら模索する予定である。