冬季雷雲の放射線マッピング観測で解明する雷雲電場による粒子加速と高エネルギー現象

• 研究課題/領域番号: 16H06006
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 榎戸 輝揚 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (20748123)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円); 2018年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2017年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 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

研究成果の概要

日本海の沿岸は、冬季に活発な雷雲活動が発生し、強烈な冬季雷が起きることで世界的に有名である。この冬季雷雲や冬季雷からガンマ線（エネルギーの高い放射線）が見つかっており、その生成過程は大きな謎であった。本研究では、石川県や新潟県を中心に放射線マッピング観測を新たに展開するため、可搬型で小型の検出器の製作し、多地点マッピング網の構築、冬季の観測、そしてデータ解析を行った。その結果、冬季雷でのガンマ線放射に伴って、大気中で光核反応が起きていることを世界ではじめて明確に示し、冬季雷雲の中で電子加速が起きている現象も多数捉えることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [雑誌論文] 雷放電が拓く高エネルギー大気物理学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚,和田有希,土屋晴文
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 74 ページ: 0-0
  • NAID: 130007703185
• [雑誌論文] Termination of Electron Acceleration in Thundercloud by Intracloud/Intercloud Discharge (2018)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 11 ページ: 5700-5707
  • DOI: 10.1029/2018gl077784
  • NAID: 120006488573
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multi-point Measurement Campaigns of Gamma Rays from Thunderclouds and Lightning in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: XVI International Conference on Atmospheric Electricity Proceeding 巻: 0 ページ: 0-0
  • 国際共著
• [雑誌論文] 「中性子星」の織りなす物理の魅力 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 雑誌名: ISAS ニュース 巻: 447 ページ: 1-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 雷による光核反応の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和田有希, 榎戸輝揚
  • 雑誌名: アイソトープ協会 Isotope News 巻: 758 ページ: 28-31
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 湯浅孝行,榎戸輝揚
  • 雑誌名: 応用物理学会機関紙「応用物理」 巻: 87 ページ: 0-0
  • NAID: 130007715737
• [雑誌論文] 雷の光が原子核の反応を引き起こす!? (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 雑誌名: 数研出版サイエンスネット 巻: 62 ページ: 0-0
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 雷が引き起こす大気中核反応で陽電子生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚,中澤知洋
  • 雑誌名: 物理科学月刊誌パリティ 巻: 33 ページ: 0-0
• [雑誌論文] Photonuclear reactions triggered by lightning discharge (2017)
  • 著者名/発表者名: Enoto Teruaki、Wada Yuuki、Furuta Yoshihiro、Nakazawa Kazuhiro、Yuasa Takayuki、Okuda Kazufumi、Makishima Kazuo、Sato Mitsuteru、Sato Yousuke、Nakano Toshio、Umemoto Daigo、Tsuchiya Harufumi
  • 雑誌名: Nature 巻: 551 号: 7681 ページ: 481-484
  • DOI: 10.1038/nature24630
  • 査読あり
• [学会発表] Photonuclear reactions triggered by lightning discharges in a Japanese winter thunderstorm (2018)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Enoto
  • 学会等名: EGU2018, Atmospheric Electricity, Thunderstorms, Lightning and there effects
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 白眉年次報告会「空間と境界」
  • 招待講演
• [学会発表] 雷からの放射線のシンチレータ観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies (SMART2018)
  • 招待講演
• [学会発表] Ground-based high-energy radiation measurement of photonuclear reaction triggered by lightning discharge (2018)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Enoto
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting (JpGU) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Open Science Approach to High-Energy Atmospheric Phenomena of Japanese Winter Thunderstorm and Lightning (2018)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Enoto
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting (JpGU) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-point Measurement Campaigns of Gamma Rays from Thunderclouds and Lightning in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Enoto
  • 学会等名: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • 国際学会
• [学会発表] オープンサイエンスで挑む雷の謎 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 第２回 academist prize
• [学会発表] 雷雲と雷放電の高いエネルギー観測と光核反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 名大 ISEE 雷雲ガンマ線ミニ研究会
• [学会発表] 雷雲と雷放電の高エネルギー大気物理学の開拓 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 富山大学研究会
• [学会発表] High-Energy Radiation Phenomena from Winter Thunderstorms and Lightning in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Enoto
  • 学会等名: The American Geophysical Union (AGU) 2018 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 雷放電で拓く高エネルギー大気物理学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 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
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 電気学会東海支部研究フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 雷が起こす光核反応の物理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 雷雲と宇宙線の相互作用に伴う高エネルギー現象
• [学会発表] 雷雲と雷が起こす高エネルギー大気物理現象 (2017)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 平成29年度「高高度発光現象の同時観測」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 雷サミット１７鶴岡市
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-point radiation measurements for gamma-rays from accelerated electrons in winter thunderstorm (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruaki Enoto
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint session M-IS05 (Thunderstorm and Lightning)
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: MeVガンマ線天文学研究会
  • 発表場所: 京都大学益川ホール(京都市)
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 日本物理学会2017年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪市)
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会・大気電気学セッション
  • 発表場所: 幕張 (千葉県)
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 榎戸輝揚
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 東京大学柏図書館メディアホール(柏市)
• [備考] 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
• [備考] 榎戸極限自然現象理研白眉研究チーム
  • URL: http://enotolab.info
• [備考] Thundercloud Project
  • URL: https://thdr.info
• [備考] 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