著者

榎戸 輝揚 安武 伸俊

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.76, no.10, pp.637-645, 2021-10-05 (Released:2021-10-05)

参考文献数

33

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中性子星は,太陽よりも1桁大きな質量の恒星が寿命を迎え,重力崩壊して残される高密度(コンパクト)天体である.半径10 kmほどの中性子星が太陽の1.4倍もの質量をもつため,内部は原子核の密度を超える高密度となる.中性子星は,およそ半世紀前に周期的に電波で明滅するパルサーとして発見され,これまでに銀河系や近傍の銀河に2,800個を超える天体が見つかっている.中性子星は表面から放出される光が曲がるほどの強い重力場をもち,量子電磁力学における臨界磁場を超える強磁場の物理現象が発現するなど,極限物理の実験室である.そのため,天文学のみならず基礎物理の観点からも関心がもたれている.中性子星が理論的に提唱された時代から,この奇妙な星内部の高密度な核物質の状態方程式の解明は,重要な未解決問題であり続けてきた.星の中心部は,地上の原子核実験では到達できない密度領域にある.状態方程式のミクロな密度と圧力は,天体の内部構造を考えて積分すると,中性子星の質量と半径のマクロな物理量に対応する.したがって,質量と半径を宇宙観測で測定することで内部の状態を調べることができる.このように中性子星は,天文学と原子核物理の融合的な研究対象といえる.天体の質量は,連星運動をするパルサーの規則的な電波パルスの測定から精度よく求められる場合も多い.一方,電波放射が星表面から離れた磁気圏に由来するため,電波では天体の半径を探ることができない.中性子星の表面からの熱的放射に相当するX線の観測が必要になる.しかし,表面からの放射は,大気組成,磁場による表面温度の非一様性,放射領域の形状や,磁気圏放射の混入などの不定性に加え,天文学では常に大きな問題となる天体までの距離測定の難しさもあり,信頼性のある測定が難しかった.近年の多波長観測の進展により,中性子星の観測的特徴の理解が進み,その多様性は「中性子星の動物園」とよばれるようになった.このような観測的多様性は,天体の質量と半径の違いのみならず,中性子星の表面磁場の強度や構造,温度分布,自転周期などの違いによって生み出されたもので,質量と半径の測定を行うときには邪魔な不定性を生み出しうる.しかし,これらの特徴を注意深く理解していくことで,いくつかの種族の天体やそこで起きる現象をうまく利用して,中性子星の質量と半径を測定できることがわかり,複数の有効な手法が提案されるようになってきた.国際宇宙ステーションに搭載されたX線望遠鏡NICER(Neutron star Interior Composition ExploreR)は,高い集光能力を活かして複数のミリ秒パルサーを観測し,gravitational light-bendingを用いた中性子星の質量と半径の測定から,状態方程式を明らかにするプロジェクトである.打ち上げ後,手始めに4.87ミリ秒で自転する孤立中性子星PSR J0030+0451で10%の精度で質量と半径を測定した.さらに,シャピロ遅れの電波観測から,連星中のミリ秒パルサーで質量が太陽の2倍を超えると明らかになったPSR J0740+6620の測定も報告され,今後の観測例の増加が期待できる.さらに,近年の地上の原子核実験や連星中性子星の合体による重力波を用いた測定なども組み合わせると,中性子星の高密度物質の状態方程式がだんだんと絞り込まれ,新たな研究段階に入りつつある.

著者

一方井 祐子 小野 英理 榎戸 輝揚

出版者

一般社団法人 日本生態学会

雑誌

日本生態学会誌 (ISSN:00215007)

巻号頁・発行日

vol.71, no.2, pp.91-97, 2021 (Released:2021-08-17)

参考文献数

32

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シチズンサイエンスとは、研究者などの専門家と市民が協力して行う市民参加型の活動やプロジェクトを意味する。科学的な成果や地域課題を解決するための活動、研究者や市民が主体の活動など、その形態は多様である。近年では、Galaxy ZooやeBirdに代表されるように、デジタルツールを活用し、より多くの市民参加を可能にするオンライン・シチズンサイエンスが始まった。日本でも、生態学系のみならず様々な分野でオンライン・シチズンサイエンスが展開され、成果を出している。本稿では、国内外における事例を紹介しながら、現状の課題を整理し、今後の活用可能性を考える。

著者

安藤 康伸 石川 遼子 岩崎 渉 榎戸 輝揚 生出 秀行 大録 誠広 音野 瑛俊 河原 弘樹 喜多村 茜 貴舩 永津子 猿谷 友孝 小寺 千絵 近藤 菜穂 砂田 麻里子 手塚 真樹 豊田 丈典 中島 迪子 中村 史一 永村 直佳 平沢 達矢 南崎 梓 宮武 広直 渡邉 俊一 横山 広美

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理学会講演概要集 (ISSN:13428349)

巻号頁・発行日

vol.64, no.2, 2009-08-18

著者

榎戸 輝揚 和田 有希 土屋 晴文

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.74, no.4, pp.192-200, 2019-04-05 (Released:2019-09-05)

参考文献数

33

被引用文献数

1

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科学探査が及んでいない対象を人類未踏の世界と呼ぶならば,多くの人は宇宙や深海を思い浮かべるのではないだろうか.実は,太古から身近な自然現象である雷雲や雷放電も,極端な環境のために観測が難しく,これまで知られていなかった高エネルギー現象が近年になって発見されている未踏領域である.そもそも,雷放電がなぜ起きるかという基本的問題にも未解明な点が残され,高エネルギー物理学の知見が重要となってきた.本稿では,古典的な可視光・電波での観測のみならず,X線やガンマ線の観測,宇宙線,原子核物理や大気化学に広がる「雷雲や雷放電の高エネルギー大気物理学」という新しい分野を紹介したい.雷雲の中では,大小の氷の粒が互いにぶつかりあって電荷分離が生じ,強い電場が生じる.この電場が大気の絶縁作用を破壊し,大電流が流れて強力な電磁波や音を放つのが雷放電である.この雷放電に伴う新しい現象が,1990年代から大気上層で見つかっている.ひとつは,スプライトやエルブスと呼ばれる,奇妙な形状で赤色や青色に発光する高高度大気発光現象(Transient Luminous Event, TLE)である.もうひとつは,雷放電に伴って宇宙空間に放たれる,継続時間がミリ秒で20 MeVまでのエネルギーの地球ガンマ線フラッシュ(Terrestrial Gamma-ray Flash, TGF)である.これらは,雷放電に伴う電場変化で電子が加速され,大気分子の脱励起光や,電子の制動放射を観測していると考えられる.さらに地上観測でも,自然雷やロケット誘雷で突発的なX線やガンマ線も検出された.こういった雷放電に同期した放射に加え,雷雲そのものからも,10 MeVを超えるガンマ線が数分以上も地上に降り注ぐ現象が観測されている.一発雷と呼ばれる強力な冬季雷が発生する日本海沿岸の冬季雷雲は世界的にみても稀で,雲底も地表に近いために大気吸収の影響が小さくなり,こういった放射線の測定に有利な環境になっている.そこで我々も10年以上にわたって放射線測定器を設置し,雷雲からのガンマ線を実際に数多く観測してきた.この準定常的なガンマ線の発生機構は,雷雲内の強い電場で加速されなだれ増幅した相対論的電子からの制動放射と考えられており,地球大気という密度の濃い環境下での電場による粒子加速という珍しい物理現象の研究が可能となっている.さらにここ数年で新検出器による多地点マッピングを実現したことで,思わぬ発見にも出会うことができた.雷放電で生じるガンマ線が大気中の窒素や酸素の原子核に衝突し,光核反応を起こすことが明らかになったのである.光核反応で原子核から大気中に飛び出す中性子と,生成された放射性同位体がベータプラス崩壊で放出する陽電子を地上観測で検出できたのだ.これは,雷放電が我々の上空で陽電子を生成するという面白い事実を明らかにしたのみならず,雷放電の研究が原子核の分野にも広がることを意味する.また,光核反応で雷放電が大気中に同位体15N,13C,14Cを供給することは,大気化学とのつながりでも今後の研究の進展が期待できる.本稿では,学術系クラウドファンディングや市民と連携したオープンサイエンスへの試みも紹介しつつ,国内外での高エネルギー大気物理学の潮流と我々の学際的な挑戦を紹介したい.

著者

榎戸 輝揚 和田 有希 古田 禄大 湯浅 孝行 中澤 知洋 中野 俊男 土屋 晴文 鴨川 仁 米徳 大輔 澤野 達哉

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2017

巻号頁・発行日

2017-03-10

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日本海沿岸の冬季雷雲からは 10 MeV に達するガンマ線が観測されてきた(Torii et al., 2002, Tsuchiya & Enoto et al., 2007)。これは、雷雲内の強電場により電子が相対論的な領域まで加速され放射される制動放射ガンマ線と考えられている。これまでの観測では単地点が多く、現象の生成・成長・消失の追跡は難しかった。そこで我々は、雷雲の流れに沿ってマッピング観測を行うことで、放射の始まりと終わりを確実に捉え、ガンマ線強度やスペクトル変化を測定し、雷雲内で生じる物理現象の全貌を明らかにすることを狙っている。2016年度は、小型コンピュータ Raspberry Pi で読み出せる小型で安価な FPGA/ADC ボードの開発と BGO シンチレータの主検出部や専用読み出し回路基板を組み合わせて標準観測モジュールを作成し、石川県の高校や大学の屋上に設置して観測を開始した(和田ほか JpGU M-IS18 の発表を参照)。2016年12月8日から9日にかけて、金沢-小松の4地点で雷雲ガンマ線を検出したのを皮切りに、複数のイベントを捉えている。本講演では、私たちが進めている多地点ガンマ線観測の現状と、今後、そこからアプローチできる雷雲内の物理現象の理解について紹介したい。

著者

榎戸 輝揚 湯浅 孝行 和田 有希 中澤 知洋 土屋 晴文 中野 俊男 米徳 大輔 澤野 達哉

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2016年大会

巻号頁・発行日

2016-03-10

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日本海沿岸の冬季雷雲から 10 MeV に達するガンマ線が地上に放射されていることが観測的に知られており(Torii et al., 2002, Tsuchiya & Enoto et al., 2007)、雷雲内の強電場により電子が相対論的な領域まで加速されていると考えられている。これまでの観測では単地点の観測が多く、電子加速域の生成・成長・消失を追跡を追うことは難しかった。そこで我々は、雷雲の流れにそって複数の観測点を設けたマッピング観測を行うことで、放射の始まりと終わりを確実に捉え、ガンマ線強度やスペクトル変化を測定し、加速現象の全貌を明らかにすることを狙っている。冬季雷雲の平均的な移動速度は ∼500 m/ 分で、単点観測で数分にわたりガンマ線増大が検出されるため、およそ数 km 間隔で約 20 個ほどの観測サイトを設けることを考えている。そこで、CsI や BGO シンチレータ、プラスチックシンチレータと独自に開発した回路基板、小型のコンピュータ Raspberry Pi を組み合わせ、30 cm 立方ほどの可搬型の放射線検出器を開発し、金沢大学と金沢大学附属高校に設置して観測を開始した。個々の放射線イベントの到来時間とエネルギー、温度などの環境情報を収集してる。今後、観測地点を増やして、マッピング観測を行いたい。なお、本プロジェクトは、民間の学術系クラウドファンディングからの寄付金によるサポートも得ておこなわれた。

著者

榎戸 輝揚

出版者

京都大学

雑誌

新学術領域研究(研究領域提案型)

巻号頁・発行日

2018-04-01

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ブラックホールや中性子星の連星合体で発生する重力波の直接検出により、重力波天文学の時代が幕を開けた。本研究では、今後期待される、高速自転する中性子星からの定常重力波の検出に向け、さそり座X-1など、明るいX線源を定常モニタリングできる超小型衛星の開発を進めてきた。暗い天体に関する測定感度を優先する大型衛星では明るい天体の測定は難しく、観測時間の専有も難しいことから、超小型衛星による挑戦が期待できる分野といえる。提案時には、国際宇宙ステーションに搭載された大面積X線望遠鏡 NICER のX線集光系と、シリコン検出器を組み合わせた観測装置を想定していた。しかし、NICER による、さそり座X-1の観測データや過去の RXTE 衛星による観測などを踏まえ、準周期振動の検出には、よりエネルギーが高い領域において大きな有効面積をもつ検出器の方が適しているという結論にいたった。そこで、理化学研究所のガス電子増幅フォイル(GEM)を用いたガス検出器に、日本の「ぎんが」衛星などでも実績のあるX線コリメータを組み合わせた観測装置を採用することにした。そこで、理化学研究所の榎戸極限自然現象理研白眉研究チーム(2020年1月発足)と GEM を開発してきた玉川高エネルギー宇宙物理学研究室を中心に、衛星プロジェクト名を NinjaSat と定めてチーム編成を強化し、衛星バスは NanoAvionics 社とプロジェクトを進めることになった。開発においては、データ取得系のプロトタイプ基板を進め、X線コリメータの基礎開発を進めた。今後、本新学術公募研究での成果をもとに、実際に宇宙に打ち上げるサイエンスペイロードの開発と、打ち上げ後の観測運用の準備を進めていく予定である。

著者

榎戸 輝揚 和田 有希 古田 禄大 中澤 知洋 湯浅 孝行 奥田 和史 牧島 一夫 佐藤 光輝 佐藤 陽祐 中野 俊男 楳本 大悟 土屋 晴文

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会講演概要集 73.1 (ISSN:21890803)

巻号頁・発行日

pp.176, 2018 (Released:2019-05-13)

著者

中川 友進 榎戸 輝揚 牧島 一夫 吉田 篤正 山岡 和貴 坂本 貴紀 Rea Nanda Hurley Kevin SGR 0501+4516観測チーム

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会講演概要集

巻号頁・発行日

vol.64, 2009

著者

古田 禄大 中野 俊男 楳本 大悟 土屋 晴文 和田 有希 榎戸 輝揚 中澤 知洋 湯浅 孝行 奥田 和史 牧島 一夫 佐藤 光輝 佐藤 陽祐

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会講演概要集

巻号頁・発行日

vol.73, pp.423, 2018

著者

榎戸 輝揚 和田 有希 土屋 晴文

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.74, no.4, pp.192-200, 2019

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<p>科学探査が及んでいない対象を人類未踏の世界と呼ぶならば,多くの人は宇宙や深海を思い浮かべるのではないだろうか.実は,太古から身近な自然現象である雷雲や雷放電も,極端な環境のために観測が難しく,これまで知られていなかった高エネルギー現象が近年になって発見されている未踏領域である.そもそも,雷放電がなぜ起きるかという基本的問題にも未解明な点が残され,高エネルギー物理学の知見が重要となってきた.本稿では,古典的な可視光・電波での観測のみならず,X線やガンマ線の観測,宇宙線,原子核物理や大気化学に広がる「雷雲や雷放電の高エネルギー大気物理学」という新しい分野を紹介したい.</p><p>雷雲の中では,大小の氷の粒が互いにぶつかりあって電荷分離が生じ,強い電場が生じる.この電場が大気の絶縁作用を破壊し,大電流が流れて強力な電磁波や音を放つのが雷放電である.この雷放電に伴う新しい現象が,1990年代から大気上層で見つかっている.ひとつは,スプライトやエルブスと呼ばれる,奇妙な形状で赤色や青色に発光する高高度大気発光現象(Transient Luminous Event, TLE)である.もうひとつは,雷放電に伴って宇宙空間に放たれる,継続時間がミリ秒で20 MeVまでのエネルギーの地球ガンマ線フラッシュ(Terrestrial Gamma-ray Flash, TGF)である.これらは,雷放電に伴う電場変化で電子が加速され,大気分子の脱励起光や,電子の制動放射を観測していると考えられる.さらに地上観測でも,自然雷やロケット誘雷で突発的なX線やガンマ線も検出された.</p><p>こういった雷放電に同期した放射に加え,雷雲そのものからも,10 MeVを超えるガンマ線が数分以上も地上に降り注ぐ現象が観測されている.一発雷と呼ばれる強力な冬季雷が発生する日本海沿岸の冬季雷雲は世界的にみても稀で,雲底も地表に近いために大気吸収の影響が小さくなり,こういった放射線の測定に有利な環境になっている.そこで我々も10年以上にわたって放射線測定器を設置し,雷雲からのガンマ線を実際に数多く観測してきた.この準定常的なガンマ線の発生機構は,雷雲内の強い電場で加速されなだれ増幅した相対論的電子からの制動放射と考えられており,地球大気という密度の濃い環境下での電場による粒子加速という珍しい物理現象の研究が可能となっている.</p><p>さらにここ数年で新検出器による多地点マッピングを実現したことで,思わぬ発見にも出会うことができた.雷放電で生じるガンマ線が大気中の窒素や酸素の原子核に衝突し,光核反応を起こすことが明らかになったのである.光核反応で原子核から大気中に飛び出す中性子と,生成された放射性同位体がベータプラス崩壊で放出する陽電子を地上観測で検出できたのだ.これは,雷放電が我々の上空で陽電子を生成するという面白い事実を明らかにしたのみならず,雷放電の研究が原子核の分野にも広がることを意味する.また,光核反応で雷放電が大気中に同位体¹⁵N,¹³C,¹⁴Cを供給することは,大気化学とのつながりでも今後の研究の進展が期待できる.本稿では,学術系クラウドファンディングや市民と連携したオープンサイエンスへの試みも紹介しつつ,国内外での高エネルギー大気物理学の潮流と我々の学際的な挑戦を紹介したい.</p>

著者

榎戸 輝揚 中野 俊男 楳本 大悟 土屋 晴文 和田 有希 古田 禄大 中澤 知洋 湯浅 孝行 奥田 和史 牧島 一夫 佐藤 光輝 佐藤 陽祐

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会講演概要集

巻号頁・発行日

vol.73, pp.176, 2018

著者

古田 禄大 the GROWTH collaboration 楳本 大悟 中澤 知洋 奥田 和史 和田 有希 榎戸 輝揚 湯浅 孝行 土屋 晴文 牧島 一夫

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会講演概要集

巻号頁・発行日

vol.72, pp.500, 2017

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<p>我々は雷雲内の粒子加速機構の解明を目指し,新潟県柏崎刈羽原発内で雷雲由来ガンマ線の測定を継続している。2014–15年冬には約100秒間に10万カウント前後という高統計のガンマ線増大現象が複数観測され,地上に届くガンマ線放射の広がりの大きさや形状が判明した。本講演ではモンテカルロシミュレーションを用いて,電場加速された電子が地上にもたらす制動放射ガンマ線の分布をモデル化し,実データと比較することで,加速現場の高度や加速方向の広がりを推定する。</p>

著者

榎戸 輝揚 北口 貴雄

出版者

京都大学

雑誌

挑戦的研究(萌芽)

巻号頁・発行日

2017-06-30

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中性子星のX線観測を主要目的とした Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER) は、2017年6月3日にケネディ宇宙飛行センターから SpaceX 社の Falcon9 ロケットにより無事に打ち上げられ、国際宇宙ステーションで観測を開始した。NICERは小型のX線集光系とその焦点面に設置されたシリコンドリフト検出器を組み合わせた1モジュールを56個合わせ、中性子星の星表面からの熱放射に特化した 1.5 keV で過去最高の有効面積を誇っている。NICER は、中性子星の内部の高密度状態方程式の観測的確定を目指した観測ターゲットだけでなく、突発増光した中性子星やブラックホールも含め、複数の天体をすでに観測し、検出器のキャリブレーションを行っているところである。定常重力波の発生源かつ検出可能な候補の筆頭である「さそり座 X-1」 は非常に明るく、検出器の調整が必要のため、年度末に調整を行っている段階である。可視光との同時観測が可能であるかも検討を進めている。一方で、超小型衛星に向けた検討も進めており、高レート観測に適するシリコンドリフト検出器を選択し、実際に購入して、読み出し部分の実験室モデル作成を進めている。本プロジェクトとは別の雷雲や雷からの放射線測定のために開発された読み出し用の電子回路ボードを現在は使っているが、本小型衛星のプロジェクトに特化した専用のボード開発の議論も進めている。また、X線集光系については、NASA ゴダード宇宙飛行センターにおいて研究打ち合わせを行った。

著者

土屋 晴文 榎戸 輝揚 楳本 大悟

出版者

独立行政法人理化学研究所

雑誌

若手研究(B)

巻号頁・発行日

2012-04-01

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日本海側の冬の雷や雷雲からガンマ線が観測されている。Gamma-Ray Observations of Winter Thunderclouds (GROWTH)実験では、2006年より柏崎刈羽原子力発電所の構内に、放射線検出器と、光や電場を測定する装置を備えてガンマ線の観測を続けており、雷や雷雲は電子を10 MeV以上に加速できることを明かした。本研究では、BGOシンチレータで構成された検出器を新たに導入して、ガンマ線事象の検出数を向上させた。加えて、雷雲から1分にわたり511 keVの陽電子の対消滅線が放射されていることを明かし、雷雲が大量の陽電子を生成しているかもしれないことを示した。

著者

堀田 昌英 榎戸 輝揚 岩橋 伸卓

出版者

社会技術研究会

雑誌

社会技術研究論文集 (ISSN:13490184)

巻号頁・発行日

vol.1, pp.67-76, 2003 (Released:2009-08-19)

参考文献数

16

被引用文献数

4 4

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本論文は多元主義的アプローチに基づいた政策論議の構造化手法を提案する. 議論の論理的及び言語学的構造を視覚的に表すことで議論の支援を行うシステムはこれまでも社会問題に適用されてきた. しかし議論支援システムを複雑な社会問題の理解に役立てるためには, 互いに対立する事実認識や価値観を抽出し, それらが同時に説得的であり得るような議論を既存の情報から再構築することが必要になる. 本研究で提案する手法は, 多数の議論や情報資源の中から特に複雑でかつ注目に値する一連の議論を抽出するための指針を与えるものである. 本手法は情報システムとして実用化され, 公共的な議論の支援に適用された. 本論文では事例研究の結果と社会技術システム論への含意について述べる.

著者

土屋 晴文 榎戸 輝揚

出版者

社団法人プラズマ・核融合学会

雑誌

プラズマ・核融合学会誌 (ISSN:09187928)

巻号頁・発行日

vol.84, no.7, pp.410-416, 2008-07-25

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雷活動に伴い突発的でMeV領域におよぶ放射線バーストが観測されている.これは雷活動の中で粒子が高エネルギーを獲得していることを推測させるが,その正体は,まだ十分には理解されていない.そこで,放射線の正体やその生成過程を明かすため,筆者らは新型の放射線観測装置に光・音・電場測定の機能を加えたシステムを開発し,冬季雷が頻発する日本海側の柏崎刈羽原子力発電所構内で,2006年12月より雷活動からの放射線観測を続けている.本稿では,冬の雷雲がその強電場により電子を10MeV以上に加速できる天然の粒子加速器であることを示した筆者らの観測例を中心に論じる.

著者

小寺 千絵 池内 桃子 岩崎 渉 榎戸 輝揚 生出 秀行 音野 瑛俊 佐々木 浩 砂田 麻里子 手塚 真樹 豊田 丈典 永村 直佳 浜地 貴志 平沢 達矢 松尾 信一郎 宮武 広直 横山 広美

出版者

北海道大学科学技術コミュニケーター養成ユニット

雑誌

科学技術コミュニケーション (ISSN:18818390)

巻号頁・発行日

vol.6, pp.69-81, 2009-09