火山透視技術の高度化ー宇宙線・重力観測の連携による３次元イメージング

火山透视技术的进步 - 通过宇宙射线和重力观测的协作进行 3D 成像

• 批准号: 13J09317
• 负责人: 西山 竜一
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J09317/
• 关键词: 火山; 宇宙線ミューオンラジオグラフィー; 重力; 密度構造探査; 原子核乾板; 重力探査; 樽前山; 昭和新山

本研究では、宇宙線ミューオンを用いたレントゲン撮影（ミューオグラフィー）と、重力探査情報を組み合わせて火山の内部密度構造を3次元的に解き明かす観測手法の開発に取り組んだ。具体的な成果を以下に述べる。まずは、原子核乾板を用いたミューオグラフィーの高精度化に成功した。これまでのミューオグラフィーには、①ミューオン以外の荷電粒子が混入することによる背景ノイズが存在していたこと、②乾板の検出効率の補正が不十分であったことなどの重大な技術的問題点が存在していた。そのため、時折、ありそうもない密度値が導き出されていた。そこで、私は、乾板と乾板の間薄い鉛板を挟み込んだ「鉛積層型検出器」を用いることで、①②の問題点を解決した。北海道・昭和新山においてこの新型検出器を設置し、同火山の密度測定を行ったところ、従来方式では異常な密度2.9g/ccを示す箇所があったのに対して、新方式では地表試料の密度測定値2.3g/ccとよく整合する合理的な密度値が得られるようになった。この成果によって、乾板方式ミューオグラフィーの標準手法が確立し、同技術を精密科学のレベルに引き上げることに成功した。さらに、この精密なミューオグラフィー観測の結果と、2011年に我々の研究グループが測定した重力異常データを組み合わせて、昭和新山の3次元的な内部密度構造の推定を行うことに成功した。その結果、表面の観察からは知り得ない、高比重の溶岩が鉛直に貫入している構造をくっきりと可視化することに成功した。また先述の背景ノイズの問題に関して、粒子伝播のMonte Carloシミュレーションコードとして実績の高いCOSMOSとGEANT4を組み合わせて、検出器と透視対象である火山地形を計算機上で再現し、どのようなノイズ粒子が検出器に到来するか網羅的に調べる手法の開発に成功した。

在这项研究中，我们致力于开发一种观察方法，该方法将X射线成像与重力勘探信息结合在一起，以在三个维度上揭示火山的内部密度结构。具体结果如下所述。首先，我们成功地使用了核干板提高了混乱的准确性。以前的混血存在存在严重的技术问题，例如：1）背景噪声是由除臂线以外的带电颗粒所引起的，以及2）对干板的检测效率的校正不足。因此，偶尔得出了不可能的密度值。因此，我通过使用“铅层压检测器”解决了问题，其中将薄铅板夹在干板之间。该新探测器安装在Showa Shinzan，Hokkaido，火山的密度测量值表明，虽然传统方法显示出异常密度为2.9g/cc，但新方法现在提供了一个合理的密度值，与2.3G/CC的表面样品的密度测量很好地匹配。该结果已经建立了一种用于干板误导的标准方法，并成功地将技术提高到了精确科学的水平。此外，我们通过将这种精确的混战观察结果与我们的研究组在2011年测量的重力异常数据的结果相结合，成功地估算了Ashaa-shinyama的三维内部密度结构。结果，我们成功地可视化了高特异性LAVA垂直渗透的高度特异性LAVA的结构，从表面观察中未知。此外，关于上述背景噪声问题，我们成功地开发了一种结合了宇宙和Geant4的方法，该方法具有良好的记录，这些记录是蒙特卡洛仿真代码用于粒子繁殖的代码，以重现探测器和火山形状，该探测器和火山形态是荧光镜检查的目标，是计算机上的，并全面地研究了什么噪声颗粒。

项目成果

Integrated processing of muon radiography and gravity anomaly data to ward the realization of high-resolution 3D density structural analysis of volcanoes : cace study of Showa-Shinzan lava dome, Usu

μ子射线照相和重力异常数据的综合处理，以实现火山的高分辨率3D密度结构分析：乌苏昭和新山熔岩穹顶的CACE研究

• 发表时间: 2013
• 作者: R. Nishiyama;Y. Tanaka;S. Okubo;H. Oshima;H. K. M. Tanaka;and T. Maekawa
• 通讯作者: and T. Maekawa

重力観測と宇宙線ミューオンラジオグラフィーの組み合わせによる火山内部密度構造の3次元イメージング

结合重力观测和宇宙射线μ子射线照相技术对火山内部密度结构进行三维成像

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Konno;A. Suzuki;K. Nihei;K. Kuwahara;D. Kawana;T. Yokoo;S. Itoh;西山 竜一・田中 愛幸・大久保 修平・大島 弘光・田中 宏幸・前川 徳光
• 通讯作者: 西山 竜一・田中 愛幸・大久保 修平・大島 弘光・田中 宏幸・前川 徳光

宇宙線ミューオンによる密度構造イメージングの高精度化に向けた数値計算技術の開発

开发数值计算技术以提高宇宙射线μ介子密度结构成像的精度

• 发表时间: 2015
• 作者: 西山竜一;武多昭道;宮本成悟
• 通讯作者: 宮本成悟

Application of Emulsion Cloud Chamber to cosmic-ray muon radiography

乳化云室在宇宙射线μ子射线照相中的应用

• 发表时间: 2015
• 期刊: Radiation Measurements
• 影响因子: 2
• 作者: R. Nishiyama;S. Miyamoto;and N. Naganawa
• 通讯作者: and N. Naganawa

Simultaneous inversion of muon radiography and gravity anomaly data for 3-D density structural analysis of lava domes

同时反演 μ 子射线照相和重力异常数据，用于熔岩穹丘的 3D 密度结构分析

• 发表时间: 2014
• 作者: R. Nishiyama;S. Miyamoto;H. Oshima;S. Okubo;and H. K. M. Tanaka
• 通讯作者: and H. K. M. Tanaka