宇宙線ミュオンによる富士山体内部の密度異常検出のための多地点同時観測網の構築

构建多点同时观测网络，用于检测宇宙射线μ子引起的富士山内部密度异常

• 批准号: 21H03735
• 负责人: 居島 薫
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03735/
• 关键词: 宇宙線ミュオン; ミュオンラジオグラフィ; 富士山; プラスチックシンチレータ; MPPC; FPGA

R4年度の主な実績は、既設1号機による継続観測と、本研究で新たに開発する宇宙線ミュオン観測装置（2号機）の製作である。既設1号機による継続観測では、バックグランドが高い問題に直面しており、これまでに中間鉄散乱体の増設（厚さ：10cm、20cm、38cm）で軽減・改善を重ねてきたが、この方法で除去できるバックグランドはおおむね限界に達した。そこでこれまで2面であった検出器をさらに1面増設して、3重のコインシデンス処理に発展することを発想し、その有効性を計算した。実装はR5年度初頭に計画している。増設する計測装置の主要部品は既存の物品を流用するため、大きな予算変更はない。この改良により、これまで標準岩石換算で500m程度までの情報しか透視出来ていなかったが、3倍程度の深さまでの透視を目指す。順調に進むと山頂付近の外輪山の構造が現れる予定である。2号機の開発は、コロナ禍で難航した半導体部品の調達を完了し、組み立ての最終段階に進むことが出来た。予備実験などを含めてまだ観測の実績は無い。R4年度の終盤に、シンチレータの強度不足による装置の変形・破損が判明したため、次年度への継続課題として改善策に着手した。また、研究協力者により宇宙線ミュオンのシミュレーションが行われ、対象とするエネルギーを100TeVまで拡張した岩石透過率の結果が初めて得られた。富士山は巨大すぎるため、宇宙線ミュオンの高エネルギー領域の挙動を含める必要があることが判明した。

R4年的主要成就是使用现有的1号装置继续进行观测，并生产了本研究将开发的新型宇宙线μ介子观测装置（2号）。使用现有1号单元进行连续观测面临着高背景的问题，通过添加中间铁散射体（厚度：10厘米、20厘米、38厘米）得到了缓解和改善，但这种方法可以去除背景方法已经快到极限了。因此，我们提出了增加一个探测器表面而不是之前的两个探测器表面，开发三重符合处理的想法，并计算了其有效性。计划在 R5 开始时实施。预算不会有重大变化，因为现有项目将用于额外测量设备的主要部件。通过这一改进，我们以前只能透视标准岩石约 500 米的信息，但我们的目标是能够透视约三倍深度的信息。如果顺利的话，山顶附近的外环结构就会出现。 2号机组的开发工作已经完成了因冠状病毒大流行而推迟的半导体零部件的采购，并已能够进入最后的组装阶段。目前还没有任何观察结果，包括初步实验。第R4年底，发现闪烁体因强度不足而变形、损坏，因此开始了改进措施，作为下一年的持续课题。此外，研究合作者还进行了宇宙射线μ子模拟，首次获得了目标能量扩展至100 TeV的岩石渗透率结果。由于富士山是如此巨大，因此人们发现有必要将宇宙射线μ介子在高能区域的行为包括在内。