(a) ミュオグラフィ検出器　－ 並列ミュオグラフィの強化

　2006年に地震研究所が火山内部を世界に先駆けて描き出して以来，ミュオグラフィは急速に世界に広まりつつある．ミュオグラフィとは，宇宙線に含まれる高エネルギー素粒子・ミューオンの強い透過力を利用して，キロメートルを超えるサイズの巨大物体内部を透視し，その内部の密度構造を可視化する技術である．これまで第2世代システムのノイズ低減能力を強化することで2013年に薩摩硫黄島で発生した噴火において，マグマの昇降をとらえることに成功しているが，薩摩硫黄島は小規模火山として位置付けられるため，ミュオグラフィを桜島のような中規模火山に適用しようとすると，より厚い岩盤を通り抜けることができる極めて低強度のミューオンを一定時間内にできるだけ多く記録する必要がある．そのために2014年に設置された桜島ミュオグラフィ観測所（SMO）を観測装置の並列化により継続的に強化してきた．
　2015年から2017年にかけて学術交流協定，知的財産協定など種々の協定を締結してきたハンガリー科学アカデミーウィグナー物理学研究センターとの協働により，2017年には軽量高解像度ミュオグラフィ観測システム（Multi-wire-proportional-chamber-based Muography Observation System; MMOS）を開発した．これは軽量でありながらも第2世代システム以上の高いノイズ低減能力と従来技術を一桁以上凌駕する解像力を実現した．ただ，有感面積が不十分であったため，2018～2019年にかけて口径を順次拡大し，現在では5.9㎡となっている．2019年度はこれをさらに拡大し，2020年に入るまでに総有感面積は9㎡に到達した（図3.8.1）．また，2019年度には並列化に起因する故障率を低減する目的で複数台の観測装置すべての通信系統を無線化することで通信故障率が軽減されたが，2020年度は電気系統においても，安定運用を妨げる要因があることが明らかとなり，その対策を講じている．
　一方，並列化の段階で得られたデータについても解析・解釈が進んだ．2017年終わりから2018年初めにかけて桜島における噴火が昭和火口から南岳火口へと推移したが，それに合わせて観測された昭和火口底直下における直径200ｍ程度の密度上昇現象について考察を行い，それがプラグ様の物体であることが分かった．（図3.8.2）．このプラグが昭和火口の噴火終焉に伴い形成されたものなのか，あるいは南岳火口の活発化に伴って形成されつつあるものなのかについては，今後の解析によって示唆を得られることが期待され，切迫性評価にどう活用できるか引き続き火山学の各分野の研究者とさらに連携して検討していく．

(b) ボアホール設置型ラジオグラフィー

　宇宙線ミューオンは上空からのみ飛来する．したがって，断層破砕帯や地滑り面等の地下構造を透視するためには，測定対象を見上げるように，ミューオン検出器を地下深く掘削坑（ボアホール）等に埋設することが必要となる．しかし，ボアホールのような狭隘な空間では，センサーの有効面積を大きくとることが困難であり，ミューオン・フラックスは限られた量しか得られないので，それを有効に活用する観測技術の開発が不可欠となる．
　2014年度までに，跡津川断層（岐阜県飛騨市の山中）近傍に掘削された最大深度350ｍのボアホールを利用して，深度100ｍまでのミューオン・フラックスデータを取得した（図3.8.3）．その解析結果では，断層破砕帯の走行方向に有意なフラックス増加を検出し，それが深度50ｍから95ｍにかけて存在する破砕帯沿いに期待される空隙率の増加と整合することが見出された．また，断層の傾斜角が従来のモデル（～90°）とは異なり，約70°であることも判明した．これを受け，2015年度は検出器の高感度化・高分解能化のため，新型の検出器を製作した．新型検出器は，方位角方向8方向に分割された二層のシンチレーターで構成され，方位角方向に分解能を有する．また，検出器内の構成要素の配置を最適化し，シンチレーターの面積を最大化することで幾何学的に計算される検出器のアクセプタンスは約3倍となった．更に，電源供給を除く全ての装置を検出器筐体中に収め，超低消費電力データ収集エレクトロニクスを採用した．これらの改良により，検出器の感度・分解能および観測作業性が大きく向上した．
　2017年度は，断層の三次元構造決定に向けたデータ収集を深度180mまでの各深度において長期間にわたり行った．2018年度は，取得したデータについて詳細な解析を進める一方で，素粒子相互作用シミュレータGeant4を用いた，検出器および周辺地形を含めたシミュレーションツールを開発した．2019年度は，測定データから検出器のミューオンに対する正確な応答や，チャンネル間のクロストーク等の検出器較正情報を引き出し，この特性に合わせてミューオン事象再構成手法を改善した．図3.8.3に検出器外観，深度10mにおける各方向のミューオン数測定値とその期待値との比較，深度20-100mにおける各方向の平均密度を示す．断層破砕帯の低密度層より浅いと想定される深度10mでは，測定ミューオン数は期待値と3%で一致した．また本解析手法により，深度10-100mにおいて各方向の平均密度を得た．浅部における平均密度や，深くなるにつれて平均密度が下がる傾向は，既存の他測定結果と矛盾はない．方向ごとの密度のばらつきには，周辺地形の不理解に起因する物が含まれていると考えており，現在調査中である．今後，さらに詳細なデータ解析を進め，各深さの測定値と期待値との比較から，断層の三次元構造探査を進める．
　更にこれらと並行して第三世代検出器の開発に着手し，現行検出器では実現されなかった仰角方向分解能の実現と方位角方向分解能向上のため，シンチレーター構成および光検出器の変更とデータ収集エレクトロニクスの改良を進めている．来年度以降，跡津川断層で試験を行なった後，房総半島南部の石堂断層の測定を行なう予定である．