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2017 年度 実績報告書

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

研究課題/領域番号 16H06006
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
キーワード光核反応 / 雷 / 雷雲 / 放射線検出器 / ガンマ線 / 粒子加速 / 宇宙線 / 陽電子
研究実績の概要

本研究の目的は、可搬型の放射線検出器による日本海沿岸の冬季雷雲のマッピング観測を実現することで、雷雲内の強電場領域で発生する電子加速の物理過程を解明することである。これまでに、Raspberry Pi で駆動できる FPGA-ADC ボードの開発を初年度に行い、次年度には金沢、小松、柏崎など北陸沿岸の多地点に放射線測定器を設置することができた。2017年度では、柏崎に設置していた複数の放射線検出器が落雷に伴って強力な放射線を検出した。この詳しい解析により、雷放電に伴うガンマ線により大気中で光核反応が起きていることが明らかになった(Enoto, Wada et al., 2017, Nature)。これは、落雷に伴うミリ秒スケールの放射線の到来(下向きの Terrestiral Gamma-ray Flash と考えられる)、光核反応で発生した中性子が大気中で吸収された際の即発ガンマ線、同じく生成される窒素の放射性同位体がベータ崩壊する際の陽電子、という3つの観測的証拠により確立したものである。この結果は、雷が原子物理だけでなく、原子核物理をも引き起こすことを明らかにしたものである。日本国内の主要新聞はもとより、世界中の新聞などで報道された。さらに、この発見で中性子の測定が重要であることがわかったため、中性子に感度のあるシンチレータを使った、バッテリー駆動の測定装置も用意し、ロケット誘雷実験なども行うことができた。データは解析中である。これらに加えて、ボタン一つでデータ取得が可能で、市民科学者に配布できるような可搬型の放射線検出器の開発も進めている。まさに「雷雲と雷の高エネルギー大気物理学」という新しい分野が誕生しつつある。これらをもとに、3月には地球物理から宇宙線物理まで幅広い分野のメンバーを集めた研究会を宇宙線研究所で開催した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

予想しなかった雷からの光核反応という発見を報告することができた。雷雲の通過に伴う数分レベルでの放射線増大を狙っていたが、思いもよらず雷放電による放射線信号を取得し、大きな成果につなげることができた。我々の「雷の光核反応発見」は2017年度の英国物理学会の Physics World 誌が選ぶ物理分野の Top 10 Breakthourgh 2017 に選定され、Nature Index によると、京都大学で2017年に発表された論文のなかで2番目にインパクトのある成果と評価されている。

今後の研究の推進方策

放射線によるマッピング観測を拡充するとともに、雷の光核反応の発見により重要さが明らかになった、中性子の検出についても検討する。特に、多地点モニタリングを拡充するため、市民サポーターに放射線検出器を配る可能性も模索する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Photonuclear Reactions Triggered by Lightning Discharge2017

    • 著者名/発表者名
      Enoto T., Wada Y., Furuta Y., Nakazawa K., Yuasa T., Okuda K., Makishima K., Sato M., Sato Y., Nakano T., Umemoto D., and Tsuchiya H.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 551 ページ: 481-484

    • DOI

      doi:10.1038/nature24630

    • 査読あり
  • [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 thunderstorm2017

    • 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
  • [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

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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