Mapping radiation measurements of particle acceleration and high-energy atmospheric phenomena in winter thunderstorms

• Project/Area Number: 16H06006
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Enoto Teruaki 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (20748123)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥23,920,000 (Direct Cost: ¥18,400,000、Indirect Cost: ¥5,520,000); Fiscal Year 2018: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2017: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2016: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 雷 / 光核反応 / 中性子 / 陽電子 / シチズンサイエンス / 雷雲 / 高エネルギー大気物理学 / ガンマ線 / 雷放電 / TGF / 放射線検出器 / 粒子加速 / 宇宙線 / 雷雲ガンマ線 / 冬季雷雲 / 電子加速 / 電場

Outline of Final Research Achievements

Winter thunderstorms along the Sea of Japan are famous for energetic lightning discharges. We have newly designed compact radiation detectors to observe the high-energy atmospheric phenomena from thunderstorms and lightning. We deployed them in the Ishikawa and Niigata prefectures in Japan, and successfully detected several gamma-ray radiation events from winter thunderclouds. Furthermore, we discovered photonuclear reactions triggered by lightning discharges in 2017.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金沢市の市街地などで、冬季雷雲の到来時には地上でも雷雲からのガンマ線が検出できることを明らかにし、かつ上空で光核反応が起きていることを明らかにした。今後、シチズンサイエンスの枠組みを取り入れることで新しい枠組みでの研究が展開できることを示しているとともに、自然放射線に関する私たちの理解が深まった。雷が光核反応を起こすことは、本研究で明らかになってきた身近な現象の新しい姿であることは強調したい。

Research Products

• [Journal Article] 雷放電が拓く高エネルギー大気物理学 (2019)
  • Author(s): 榎戸輝揚,和田有希,土屋晴文
  • Journal Title: 日本物理学会誌 Volume: 74 Pages: 0-0
  • NAID: 130007703185
• [Journal Article] Termination of Electron Acceleration in Thundercloud by Intracloud/Intercloud Discharge (2018)
  • Author(s): Wada Y.、Bowers G. S.、Enoto T.、Kamogawa M.、Nakamura Y.、Morimoto T.、Smith D. M.、Furuta Y.、Nakazawa K.、Yuasa T.、Matsuki A.、Kubo M.、Tamagawa T.、Makishima K.、Tsuchiya H.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 45 Issue: 11 Pages: 5700-5707
  • DOI: 10.1029/2018gl077784
  • NAID: 120006488573
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multi-point Measurement Campaigns of Gamma Rays from Thunderclouds and Lightning in Japan (2018)
  • Author(s): Teruaki Enoto, Yuuki Wada, Yoshihiro Furuta, Kazuhiro Nakazawa, Takayuki Yuasa, Kazufumi Okuda, Kazuo Makishima, Mitsuteru Sato, Yousuke Sato, Toshio Nakano, Daigo Umemoto, Harufumi Tsuchiya, Masashi Kamogawa, Gregory Bowers, David Smith, Takeshi Morimoto, Yoshitaka Nakamura, and Daohong Wang
  • Journal Title: XVI International Conference on Atmospheric Electricity Proceeding Volume: 0 Pages: 0-0
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] 「中性子星」の織りなす物理の魅力 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Journal Title: ISAS ニュース Volume: 447 Pages: 1-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 雷による光核反応の発見 (2018)
  • Author(s): 和田有希, 榎戸輝揚
  • Journal Title: アイソトープ協会 Isotope News Volume: 758 Pages: 28-31
  • Open Access
• [Journal Article] クラウドファンディングも活用した高エネルギー大気物理の研究 (2018)
  • Author(s): 湯浅孝行,榎戸輝揚
  • Journal Title: 応用物理学会機関紙「応用物理」 Volume: 87 Pages: 0-0
  • NAID: 130007715737
• [Journal Article] 雷の光が原子核の反応を引き起こす!? (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Journal Title: 数研出版サイエンスネット Volume: 62 Pages: 0-0
  • Open Access
• [Journal Article] 雷が引き起こす大気中核反応で陽電子生成 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚,中澤知洋
  • Journal Title: 物理科学月刊誌パリティ Volume: 33 Pages: 0-0
• [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
• [Presentation] Photonuclear reactions triggered by lightning discharges in a Japanese winter thunderstorm (2018)
  • Author(s): Teruaki Enoto
  • Organizer: EGU2018, Atmospheric Electricity, Thunderstorms, Lightning and there effects
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] オープンサイエンスで挑む雷雲と雷の高エネルギー大気物理学 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 白眉年次報告会「空間と境界」
  • Invited
• [Presentation] 雷からの放射線のシンチレータ観測 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies (SMART2018)
  • Invited
• [Presentation] Ground-based high-energy radiation measurement of photonuclear reaction triggered by lightning discharge (2018)
  • Author(s): Teruaki Enoto
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting (JpGU) 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Open Science Approach to High-Energy Atmospheric Phenomena of Japanese Winter Thunderstorm and Lightning (2018)
  • Author(s): Teruaki Enoto
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting (JpGU) 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-point Measurement Campaigns of Gamma Rays from Thunderclouds and Lightning in Japan (2018)
  • Author(s): Teruaki Enoto
  • Organizer: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オープンサイエンスで挑む雷の謎 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 第２回 academist prize
• [Presentation] 雷雲と雷放電の高いエネルギー観測と光核反応 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 名大 ISEE 雷雲ガンマ線ミニ研究会
• [Presentation] 雷雲と雷放電の高エネルギー大気物理学の開拓 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 富山大学研究会
• [Presentation] High-Energy Radiation Phenomena from Winter Thunderstorms and Lightning in Japan (2018)
  • Author(s): Teruaki Enoto
  • Organizer: The American Geophysical Union (AGU) 2018 Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 雷放電で拓く高エネルギー大気物理学 (2018)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 神戸大学 物理学専攻・惑星学専攻合同主催 物理学専攻談話会/CPSセミナー
  • Invited
• [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 (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 日本物理学会春季年会
• [Presentation] 雷雲と雷の高エネルギー大気物理学: 雷での光核反応の発見 (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 電気学会東海支部研究フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 雷が起こす光核反応の物理 (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 雷雲と宇宙線の相互作用に伴う高エネルギー現象
• [Presentation] 雷雲と雷が起こす高エネルギー大気物理現象 (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 平成29年度「高高度発光現象の同時観測」研究会
  • Invited
• [Presentation] カミナリが反物質の雲をつくる？！～大発見！雷の意外な能力～ (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 雷サミット１７鶴岡市
  • Invited
• [Presentation] Multi-point radiation measurements for gamma-rays from accelerated electrons in winter thunderstorm (2017)
  • Author(s): Teruaki Enoto
  • Organizer: JpGU-AGU Joint session M-IS05 (Thunderstorm and Lightning)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 雷雲電場による電子加速のガンマ線観測コラボレーション (2017)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: MeVガンマ線天文学研究会
  • Place of Presentation: 京都大学益川ホール(京都市)
  • Invited
• [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
  • Organizer: 日本物理学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪市)
• [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
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2016年大会・大気電気学セッション
  • Place of Presentation: 幕張 (千葉県)
• [Presentation] 雷雲電場による電子加速の観測的研究~夏季の高山観測と冬季の多地点観測へ向けた取り組み～ (2016)
  • Author(s): 榎戸輝揚
  • Organizer: 平成28年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果発表会
  • Place of Presentation: 東京大学柏図書館メディアホール(柏市)
• [Remarks] 雷雲に隠れた点々の加速器を雷が破壊する瞬間を捉えた
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180517_2.html
• [Remarks] 榎戸極限自然現象理研白眉研究チーム
  • URL: http://enotolab.info
• [Remarks] Thundercloud Project
  • URL: https://thdr.info
• [Remarks] 雷が反物質の雲をつくる －雷の原子核反応を陽電子と中性子で解明－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2017/171123_1.html