Study of production mechanism of positron and neutrons in lightning and thunderclouds

• Project/Area Number: 15K05115
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Tsuchiya Harufumi 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 客員研究員 (70415230)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): ENOTO TERUAKI 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 客員研究員 (20748123) ; YUASA TAKAYUKI 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 基礎科学特別研究員 (10609176)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 粒子加速 / 放射線計測 / 雷 / 雷雲 / ガンマ線 / 中性子 / 陽電子 / 光核反応 / 制動放射ガンマ線 / 即発ガンマ線 / 放射性同位体 / 雷雲ガンマ線

Outline of Final Research Achievements

How neutrons and positrons are produced in lightning and thunderclouds remains less understood. In order to investigate the production mechanism of neutrons and positrons, we have made radiation observations at the Kashiwazaki-Kariwa nuclear power plant facing the coastal area of the Japan sea upto date.
In association with lightning on 2017 February, our detectors installed at the power plant caught intense gamma-ray signals lasting for 100 ms. In addition, signals derived from neutrons and positrons were also detected. For the first time, this works revealed that neutrons and positrons both originate from photonuclear reactions occurring in lightning.

Research Products

• [Journal Article] Photonuclear reactions triggered by lightning discharge (2017)
  • Author(s): Enoto Teruaki、Wada Yuuki、Furuta Yoshihiro、Nakazawa Kazuhiro、Yuasa Takayuki、Okuda Kazufumi、Makishima Kazuo、Sato Mitsuteru、Sato Yousuke、Nakano Toshio、Umemoto Daigo、Tsuchiya Harufumi
  • Journal Title: Nature Volume: 551 Issue: 7681 Pages: 481-484
  • DOI: 10.1038/nature24630
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On-ground detection of an electron-positron annihilation line from thunderclouds (2016)
  • Author(s): D Umemoto, H. Tsuchiya, T. Enoto, S. Yamada, T. Yuasa, M. Kawaharada, T. Kitaguchi, K. Nakazawa M. Kokubun, H. Kato, M. Okano, T. Tamagawa, K. Makishima
  • Journal Title: Phys. Rev. E Volume: 93 Issue: 2 Pages: 0212011-4
  • DOI: 10.1103/physreve.93.021201
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 日本海沿岸における冬の雷や雷雲に伴う放射線観測 (2018)
  • Author(s): 土屋 晴文、榎戸 輝揚、和田 有希、古田 禄大、中澤 知洋、湯浅 孝行、奥田 和史、牧島 一夫、中野 俊男、楳本 大悟
  • Organizer: 日本原子力学会 2018年春の年会
• [Presentation] 雷雲ガンマ線の観測プロジェクトと雷での光核反応の検出 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚、和田有希、古田禄大、中澤知洋、湯浅孝行、奥田和史、牧島一夫、佐藤光輝、佐藤陽祐、中野俊男、楳本大悟、土屋晴文
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 落雷による光核反応の発見：地上観測による中性子と陽電子の検出 (2018)
  • Author(s): 和田有希、古田禄大、榎戸輝揚、中澤知洋、湯浅孝行、奥田和史、牧島一夫、佐藤光輝、佐藤陽祐、中野俊男、楳本大悟、土屋晴文
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 落雷による光核反応の発見：シミュレーションによるデータ解釈 (2018)
  • Author(s): 古田禄大、和田有希、榎戸輝揚、中澤知洋、湯浅孝行、奥田和史、牧島一夫、佐藤光輝、佐藤陽祐、中野俊男、楳本大悟、土屋晴文
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] GROWTH実験：10年間の継続観測に基づく冬季雷雲由来ガンマ線の研究 (2017)
  • Author(s): 楳本大悟, 土屋晴文, 榎戸輝揚, 湯浅孝行, 古田禄大, 奥田和史, 和田有希, 玉川徹, 岡野眞治, 川原田円, 北口貴雄, 岩田憲一, 加藤博, 国分紀秀, 牧島一夫, 中澤知洋
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 豊中市（大阪大学）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] GROWTH実験：モンテカルロシミュレーションを用いた,雷雲ガンマ線放射の広がりの解釈 (2017)
  • Author(s): 古田禄大, 楳本大悟, 中澤知洋, 奥田和史, 和田有希, 榎戸輝揚, 湯浅孝行, 土屋晴文, 牧島一夫B, and the GROWTH collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 豊中市（大阪大学）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] GROWTH実験：コリメーターを用いた、雷雲由来ガンマ線の角度分布の測定 (2017)
  • Author(s): 奥田和史, 中澤知洋, 古田禄大, 和田有希, 湯浅孝行, 榎戸輝揚, 鈴木寛大, 楳本大悟, 土屋晴文, 牧島一夫, and the GROWTH collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 豊中市（大阪大学）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 雷雲電場による電子加速のガンマ線観測プロジェクト：多地点体制への新展開 (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚, 和田有希, 湯浅孝行, 中澤知洋, 土屋晴文, 中野俊男, 奥田和史, 古田禄大, 楳本大悟, 牧島一夫, 鴨川仁, 瀧田正人, 米徳大輔, 澤野達哉, 渡會兼也, 米口一彦, 木村光一郎, 北野皓嗣, and the GROWTH collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 豊中市（大阪大学）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 雷雲電場による電子加速のガンマ線観測プロジェクト：小型読み出し系の開発と北陸地方における多地点運用 (2017)
  • Author(s): 和田有希, 榎戸輝揚, 湯浅孝行, 中澤知洋, 土屋晴文, 中野俊男, 奥田和史, 古田禄大, 楳本大悟, 牧島一夫, 鴨川仁, 瀧田正人, 米徳大輔, 澤野達哉, 渡會兼也, 米口一彦, 木村光一郎, 北野皓嗣, and the GROWTH collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 豊中市（大阪大学）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Initial results from a multi-point mapping observation of thudercloud high-energy radiation in coastal area of Japan sea (2017)
  • Author(s): Yuuki Wada, Teruaki Enoto, Yoshihiro Furuta, Kazuhiro Nakazawa, Takayuki Yuasa, Kazufumi Okuda, Kazuo Makishima, Toshio Nakano, Daigo Umeomto, Harufumi Tsuchiya and the GRTOWTH Collaboration
  • Organizer: Amerian Geophysical Union 2017 Fall Meeting
• [Presentation] GROWTH実験2014年度データを用いた雷雲ガンマ線のイベント探索法の改善 (2017)
  • Author(s): 楳本大悟、土屋晴文、中澤知洋、湯浅孝行、榎戸輝揚、牧島一夫、古田禄大、玉川徹、伊藤伸泰
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] モンテカルロ・シミュレーションによる雷雲ガンマ線放射モデルの構築 (2017)
  • Author(s): 古田禄大、中澤知洋、楳本大悟、榎戸輝揚、湯浅孝行、土屋晴文、牧島一夫、ほかGROWTHコラボレーション
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 雷雲ガンマ線の地上観測の現状と2017年のGROWTH実験計画 (2017)
  • Author(s): 中澤知洋、榎戸輝揚、和田有希、古田禄大、楳本大悟、清野愛美、樋口裕真、湯浅孝行、土屋晴文、牧島一夫、中野俊男、他GROWTHコラボレーション
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 冬季雷雲のガンマ線測定を狙う多地点観測システムの新規開発 (2016)
  • Author(s): 榎戸輝揚、湯浅孝行、和田有希、中澤知洋、土屋晴文、中野俊男、米徳大輔、澤野達哉
  • Organizer: 日本地球惑星連合大会2016
  • Place of Presentation: 千葉市（幕張メッセ）
  • Year and Date: 2016-05-22
• [Presentation] 雷雲ガンマ線の多地点観測に向けた検出装置の小型化と2015年度冬季における北陸地方への展開 (2016)
  • Author(s): 和田有希、榎戸輝揚、湯浅孝行、中野俊男、中澤知洋、奥田和史、古田禄大、 楳本大悟、土屋晴文
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学大泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] GRWOTH実験：2006－2015年における柏崎刈羽原発内における雷雲ガンマ線検出データの全解析 (2016)
  • Author(s): 楳本大悟、土屋晴文、中澤知洋、古田禄大、奥田和史、和田有希、加藤博、湯浅孝行、榎戸輝揚、牧島一夫
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学大泉キャンパス,
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] GROWTH 実験: 雷雲起源ガンマ線放射の石川県での2014年度冬季観測結果と検出器小型化に向けた開発状況 (2015)
  • Author(s): 湯浅孝行、榎戸輝揚、土屋晴文、米徳大輔、澤野達哉、中澤知洋、 牧島一夫、楳本大悟、古田禄大、山田真也
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2015-09-25