Soil water measurements with cosmic-ray showers for better correction of gravity data at active volcanoes

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14810
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 西山 竜一 東京大学, 地震研究所, 助教 (10835101)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 宇宙線 / 土壌水分 / 地下水 / 火山 / 重力

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，宇宙線電磁成分の強度を測定することにより土壌水分量を測定する技術の確立を目指している．2019年度には，坑道内で測定された宇宙線電磁成分の強度が，降雨量に応じてわずかに減少することを確認した．2020年度には水槽試験による較正曲線を取得し実測値との比較を行った．これらを踏まえて2021年度は，（１）土被りの分厚い別の坑道での測定，（２）大気に含まれる水分が与える影響の検討，の2点に取り組んだ．
（１）以前の観測で見られた降雨による電磁成分強度の減少量は，水槽試験から予測される減少量のわずか10分の1程度であった．そのため，降雨による土壌水分量の変化をリアルタイムでとらえることはできなかった．そこで，より土被りの分厚い別の坑道に宇宙線検出器を移設し，2021年7月から測定を開始した．移設に当たっては，湿度の高い坑道での観測に耐えるよう，光電子増倍管および高圧電源を替えた．報告書作成時点（2022年5月）も測定を続けている．
（２）本研究は土壌に含まれる水分量の測定を目指すものであるが，そのために，大気中に含まれる水分（湿度）の変化が生む系統誤差を評価する必要がある．宇宙線の生成・伝播を計算するシミュレーター(CosmosX)の結果によると，大気中の水分量の増加が大気の平均組成（<Z/A>, Z:原子番号，A:質量数）を変化させ，宇宙線強度にわずかな変化が生じる可能性があることを確認した．しかし，大気圧・気圧の現地観測データを使って補正を行うことで，これらの効果は適切に取り除くことができる．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2020年度に検出器の移設等を行えなかったこと，モンテカルロシミュレーションの実行や評価に予想外に時間が掛かったことなどで研究はやや遅れている．そのために，研究期間の延長を申請した．

Strategy for Future Research Activity

2019年までに行った観測，水槽試験，モンテカルロシミュレーションの結果を学術論文にしてまとめる．宇宙線検出器を改良し，土被りの分厚い別の坑道に移設した（2021年7月以降）ので，この観測を継続する．特に，多雨期のデータを収集し，土壌に雨水が浸透し散逸する過程の定量的な議論を行う．

Causes of Carryover

2021年度の予算で論文投稿に関連する費用を支払う予定であったが，シミュレーション計算の実行や執筆に時間が掛かり，投稿が間に合わなかった．よって，次年度に繰り越し，論文投稿を行う．また，2020年度に予定していた検出器移設が遅れた影響で，報告書執筆時点（2022年5月）も観測を続けている．観測の継続に必要な物品費，旅費，輸送費（装置の撤収の際）に用いる予定である．