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2014年3月18日 (火)

活動的な火山の内部を透視活写 薩摩硫黄島のマグマの動きを動画で初めて捉えることに成功

平成26年3月10日
東京大学地震研究所
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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発表のポイント
 
◆素粒子を用いて、噴火をしている火山
 内部のマグマの動きを透視活写し、
 噴火に伴うマグマの上昇・下降の
 レントゲン動画の撮影に世界で初めて
 成功した。
◆噴火をしている火山内部の透視には、
 信号対雑音比を100倍以上向上した
 検出器の開発が鍵となった。
◆素粒子を用いて火山内部を透視し、
 動画として捉える技術火山噴火予測の
 高精度化につながる画期的な成果である。
 
 
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発表内容
 
 宇宙線に含まれる素粒子ミューオン
(注1)を用いた固体地球のイメージング
(ミュオグラフィ)は、1990年代に
東京大学理学部で提案され、2006年に
東京大学地震研究所の田中宏幸教授らが
浅間山の透視を実現してから、急速に発展
してきた。
 
 この研究は世界中の注目を集め、
イタリアのエトナ火山、フランスの
スフリエール火山、スペインのテイデ火山
をはじめとする世界の名だたる活火山で
ミュオグラフィ観測が行われ、山体内部に
潜むマグマの形状を視覚的にとらえる
いわゆるレントゲン写真撮影において
数々の成果が上げられてきた。
 
 しかし、火山の内部のマグマの動きを
レントゲン動画として撮影するには、
検出器の雑音レベルが高く、結果として
時間分解能が低く、困難であった。
 
 今回、田中宏幸教授らは雑音レベルを
極限まで低減させるため、雑音となる
放射線を選別・低減する多層式
ミュオグラフィ検出器
(カロリーメーター方式)の開発に成功
した。
 
 検出器は6層の位置敏感検出器面と
およそ100放射長(注3)の厚みを持つ
雑音遮蔽体(鉄、クロム及び鉛の混合体)
から構成されており、粒子飛跡の再構築
には検出器を直線的に通過した事象のみ
を取り出すアルゴリズムが採用されている。
 
 この検出器の開発により信号対雑音比
が100倍以上向上した。
 
 この低雑音・高感度ミュオグラフィ
検出器を活動的火山に適用することにより、
マグマ流路内の高い時間分解能で
ミュオグラフィを実施し、火山学的な
対流・脱ガス・発泡を統一的に扱えること
に成功した。
 
 2013年6月4日に噴火警戒レベルが
レベル1からレベル2に引き上げられた
薩摩硫黄島硫黄岳において、6月14日から
噴火警報が解除される同年7月10日まで
継続的にミュオグラフィ観測を行い、
レントゲン動画を撮影した。
 
 ミュオグラフィ検出器がミューオンを
受ける面積は約2平米、角度分解能は1.9度
である。
 
 また、検出器は硫黄岳山頂からおよそ
1.4km西に設置された。
 
 このような条件下で撮影された透視動画
は気象庁による望遠観測
(噴煙及び火映(注4))と比較された。
 
 結果、高さ400メートルの噴煙及び火映
が観測された6月16日と200mの噴煙及び
火映が観測された6月30日に顕著な
マグマ頭位(注2)の上昇を撮影すること
に成功した。
 
 また、噴火が観測された両日から数日
経た6月17日と7月2日にはマグマ頭位が
200~300m下降し、火道内マグマ対流
(注5)の定常状態に戻っていることが
確認できた。
 
  火山の大規模噴火は時として社会の
システムに大きな影響を与えるため、
高精度な噴火及び噴火推移の予測が重要
である。
 
 今回のレントゲン動画撮影の成功から、
ミュオグラフィを用いてデータの
リアルタイム動的処理によって火山内部を
3次元で高速可視化することにより、
火山噴火の新たな噴火モニタリングシステム
へと進化する可能性を秘めていることが
分かった。
 
 この結果を発展させることにより、
火山浅部マグマの研究は大いに進み、
火山科学のみならず固体地球科学に新たな
パラダイムをもたらすことが期待される。
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 進歩しました。
 
>素粒子を用いて火山内部を透視し、
>動画として捉える技術火山噴火予測の
>高精度化につながる画期的な成果である。
 
 素晴らしい。
 
 火山活動だけでなく、素粒子の透過性を
利用して今まで透視出来なかった分野にも
応用出来そうで期待したい。
 
 福島原発の原子炉の透視も可能だと思う。
 
 既に実験はしているようですが、
どこまで精度を上げられるかが鍵ですね。

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