Studies on electron acceleration and multiplication in lightning by a ground-based array of small dosimeters

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K22354
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 和田 有希 大阪大学, 工学研究科, 助教 (40879144)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 地球ガンマ線フラッシュ / 雷放電 / 長波帯 / 放射線計測 / 電波計測 / 雷雲

Outline of Annual Research Achievements

雷放電の発生時には、ときに数十MeVに及ぶ高エネルギー光子が大量に降り注ぐ地球ガンマ線フラッシュ (TGF) と呼ばれる現象が発生する。本研究課題ではTGFの発生機構を明らかにするため、小型なTGF検出器の開発を行い、北陸地方で冬に発生する雷を対象に観測を行っている。
本年度は半導体光センサーを用いた地球ガンマ線フラッシュ (TGF) を専門に観測する小型検出器の開発を完了した。半導体光センサーのゲインの温度補償回路や、TGFの高フラックスをサチュレーションなく観測できるシンチレータ・回路系の設計を実施した。開発した小型TGF検出器は石川県金沢市に設置し、観測を行った。R3年度には2021年12月に1例のイベント候補を検出し、解析を進めている。またR2年度の観測データを解析したところ、2021年2月に2例のTGFが観測され、こちらも詳細な解析を進めている。
上記の新たな観測に加えて、これまで北陸地方で観測されたTGF7例について、広帯域長波帯電波観測との比較を行い、TGFを引き起こした雷放電が2種類に分類できることを明らかにした。この成果はアメリカ地球物理学連合大会で発表した他、同連合の速報誌にも査読論文として掲載された。
さらにTGFに関係したガンマ線グローと呼ばれる雷雲から放出される数分のガンマ線事象についても系統的な解析を実施し、70例のイベントからガンマ線グローの継続時間やガンマ線スペクトルといった基本的な情報をまとめ、査読論文として出版した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] フランス国立科学研究センター/フランス国立宇宙研究センター/原子力・代替エネルギー庁(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: フランス国立科学研究センター/フランス国立宇宙研究センター/原子力・代替エネルギー庁
• [Int'l Joint Research] チェコ科学アカデミー(チェコ)
  • Country Name: CZECH
  • Counterpart Institution: チェコ科学アカデミー
• [Journal Article] Characteristics of Low‐Frequency Pulses Associated With Downward Terrestrial Gamma‐Ray Flashes (2022)
  • Author(s): Wada Y.、Morimoto T.、Nakamura Y.、Wu T.、Enoto T.、Nakazawa K.、Ushio T.、Yuasa T.、Tsuchiya H.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021GL097348
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atmospheric Electron Spatial Range Extended by Thundercloud Electric Field Below the Relativistic Runaway Electron Avalanche Threshold (2022)
  • Author(s): Diniz G.、Wada Y.、Ohira Y.、Nakazawa K.、Enoto T.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 127 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021JD035958
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ドローンを用いた雷雲直下での放射線観測の検討 (2022)
  • Author(s): 和田有希, 中村裕子, 榎戸輝揚
  • Journal Title: 大気電気学会誌 Volume: 100 Pages: 39-40
• [Journal Article] Catalog of gamma-ray glows during four winter seasons in Japan (2021)
  • Author(s): Wada Y.、Matsumoto T.、Enoto T.、Nakazawa K.、Yuasa T.、Furuta Y.、Yonetoku D.、Sawano T.、Okada G.、Nanto H.、Hisadomi S.、Tsuji Y.、Diniz G. S.、Makishima K.、Tsuchiya H.
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 3 Pages: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.043117
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multiple Gamma‐Ray Glows and a Downward TGF Observed From Nearby Thunderclouds (2021)
  • Author(s): Hisadomi S.、Nakazawa K.、Wada Y.、Tsuji Y.、Enoto T.、Shinoda T.、Morimoto T.、Nakamura Y.、Yuasa T.、Tsuchiya H.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 126 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2021JD034543
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高エネルギー大気物理学における陽電子の観測 (2021)
  • Author(s): 和田有希
  • Journal Title: 陽電子科学 Volume: 17 Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 北陸の冬季雷雲に由来するガンマ線イベントのカタログ解析 (2022)
  • Author(s): 和田有希, 榎戸輝揚, 中澤知洋, 久保守, 湯浅孝行, 米徳大輔, 澤野達哉, 岡田豪, 南戸秀仁, 篠田太郎, 佐藤陽祐, Gabriel Sousa Diniz, 牛尾知雄, 牧島一夫, 土屋晴文
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] ドローンを用いた雷雲直下での放射線観測の検討 (2022)
  • Author(s): 和田有希, 中村裕子, 榎戸輝揚
  • Organizer: 日本大気電気学会第100回研究発表会
• [Presentation] 雷活動に由来するガンマ線の観測プロジェクト：2021年1月のgamma-ray glowのコリメータスペクトルの時間変動解析 (2022)
  • Author(s): 大熊佳吾, 中澤知洋, 辻結菜, 久富章平, 小谷大貴, 伊神勇作, 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 土屋晴文, 篠田太郎, Gabriel Diniz, 山田真也
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] Low-frequency pulses associated with downward terrestrial gamma-ray flashes in Japan (2021)
  • Author(s): Yuuki Wada, Takeshi Morimoto, Yoshitaka Nakamura, Teruaki Enoto, Kazuhiro Nakazawa, Ting Wu, Tomoo Ushio, Takayuki Yuasa, Harufumi Tsuchiya
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atmospheric electron range extended by thundercloud electric field below the relativistic runaway electron avalanche threshold (2021)
  • Author(s): Gabriel Sousa Diniz, Yuuki Wada, Yutaka Ohira, Kazuhiro Nakazawa, Teruaki Enoto
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on temporal and positional correlation between sprites and gamma-ray radiations by thunderclouds between 2016 and 2021 (2021)
  • Author(s): Duan Maomao, Takanori Sakamoto, Teruaki Enoto, Yuuki Wada
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高エネルギー大気物理学の新展開 (2021)
  • Author(s): 和田有希
  • Organizer: 第6回 宇宙素粒子若手の会 秋の研究会
  • Invited
• [Presentation] ガンマ線を放出する冬季雷雲のXバンドレーダーおよび降水粒子観測 (2021)
  • Author(s): 和田有希, 榎戸輝揚, 久保守, 中澤知洋, 篠田太郎, 米徳大輔, 澤野達哉, 湯浅孝行, 牛尾知雄, 佐藤陽祐, ガブリエル・ディニズ, 土屋晴文
  • Organizer: JpGU2021
• [Presentation] 雷雲ガンマ線のマッピング観測を狙うシチズンサイエンス「雷雲プロジェクト」の進捗 (2021)
  • Author(s): 榎戸輝揚, 一方井祐子, 和田有希, Diniz Gabriel, 沼澤正樹, 加藤陽, 三宅晶子, 中澤知洋, 久富富平, 辻結菜, 湯浅孝行, 土屋晴文, 森本健志, 中村佳敬, 鴨川仁
  • Organizer: JpGU2021
• [Presentation] 2020年度雷雲ガンマ線観測における高度測定用検出器GOOSEの展開と観測 (2021)
  • Author(s): 辻結菜, 中澤知洋, 久富章平, 伊神勇作, 小谷大貴, 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 土屋晴文, 篠田太郎, 大熊佳吾, Diniz Gabriel
  • Organizer: JpGU2021
• [Presentation] 雷活動に由来したガンマ線放射時の雲内の降水粒子分布 (2021)
  • Author(s): 武元清達, 篠田太郎, 加藤雅也, 久富章平, 辻結菜, 中澤知洋, 和田有希, 榎戸輝揚
  • Organizer: JpGU2021
• [Presentation] 雷活動に由来するガンマ線の観測プロジェクト：2021年1月の gamma-ray glow のコリメータスペクトルの詳細解析 (2021)
  • Author(s): 大熊佳吾, 中澤知洋, 久富章平, 辻結菜, 小谷大貴, 伊神勇作, 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 土屋晴文, 篠田太郎, Gabriel Diniz, 山田真也
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 雷活動に由来するガンマ線の観測プロジェクト：2021年1月に観測されたgamma-ray glowにおけるガンマ線と電子の同時検出 (2021)
  • Author(s): 辻結菜, 中澤知洋, 久富章平, 伊神勇作, 小谷大貴, 大熊佳吾, 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 土屋晴文, 篠田太郎, Gabriel Diniz
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会