2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation on photonuclear reactions associated with electron acceleration in lightning and thunderclouds
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18H01236
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
土屋 晴文 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (70415230)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳥居 建男 福島大学, 環境放射能研究所, 特任教授 (20421795)
中澤 知洋 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (50342621)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 粒子加速 / 放射線計測 / 雷 / 雷雲 / 光核反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度も北陸地方にて雷や雷雲からの高エネルギー放射線の観測を実施した。また、これまでに得られたデータを精査し、高エネルギー放射線事象を探査した。その結果、2020年度は以下のような成果を得た。
ここ3-4年における北陸地方での雷や雷雲からの放射線観測から、雷により光核反応が起きることが分かった。光核反応では、高エネルギー（10 MeV以上）のガンマ線が大気中の窒素原子核と衝突し、中性子を発生させる。これまでの観測では、光核反応の直接的な証拠となる中性子を検出することができなかった。そこで効果的に中性子を検出できるガドリニウムが配合されたシンチレータ（GSO)を用いて観測を行うことにより、中性子を捉えることに成功した。
雷による光核反応をより理解するため、光核反応にかかわる断面積（反応のし易さ）を調査し、シミュレーション（GEANT4）を用いて光核反応で作られる二次生成物の振る舞いを調べ上げた。シミュレーション結果と観測結果を比較し、われわれが2017年に発見した雷による光核反応の発生高度や光核反応に関わった加速電子数を推定することに成功した。
雷からの高エネルギー放射線に加えて、雷雲そのものから数分間にわたり到来するロングバーストの観測においても進展があった。ロングバーストでは現在も、その発生にかかわる雷雲の中の加速領域の広がりやその発生高度が不明である。これがロングバーストの解明においてボトルネックとなっている。そこで、そうした物理量を推定できるコリメータ検出器を開発し、金沢市に設置した結果、2021年1月にロングバーストを捉えることに成功した。得られたデータから、従来考えられていたよりも加速領域が広がっているとともに、高度が低いことが推定された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 雷活動に由来するガンマ線の観測プロ ジェクト：2020年度における電子加速 域の高度測定の試み2021
Author(s)
久富章平, 中澤知洋, 辻結菜, 伊神勇作, 小谷大貴, 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 古田禄大, 土屋晴文, 一方井祐子, 三宅晶子
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
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[Presentation] 雷活動に由来するガンマ線の観測プロジェクト：モニタリングポストによる2014年12月に観測されたロングバーストの長距離追跡2020
Author(s)
辻結菜, 中澤知洋, 久富章平, 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 古田禄大, 土屋晴文, 楳本大悟, 篠田太郎, 加藤雅也
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会
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