(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．そのためにミュオグラフィ観測装置を並列化することでミューオンに対する実質的な有感面積を拡大した．
　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，2017～2018年にかけて口径を順次拡大し，現在では4.5㎡となっている（図3.8.1）．これをさらに拡大し，年度内にこれを5.9㎡とすることを計画している．また，並列化に起因して，システム全体の故障率が上がった．故障の原因は主にイーザーネットケーブルから流入する雷サージであり，複数台の観測装置すべて無線LANによって通信する方式を採用することで故障率が軽減された．また，装置の安定運用を目的としたMMOS近傍の温度，湿度，気圧のリアルタイムオンラインモニタリングシステムが実装されたことで，2018年10月以降は，すべての機器が一度も止まることなく安定的に稼働している．
　一方，2017年1月より約半年間測定して得られた画像と2018年1月より約半年間測定して得られた画像との比較を行った．その結果,南岳火口下において, 2018年1月以降に有意に密度が増加していることを確認した（図3.8.2）．この密度増加は，2018年初からの南岳の活発化と良い相関を示している．これが活動の実況を反映しているのか，切迫性評価を示す材料になるかについては，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．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180 m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や，ミューオンの生成伝搬を計算可能なMCEqを組み合わせた，検出器および周辺地形と断層を含めたシミュレーションツールを開発した．図3.8.3に検出器外観，ボアホール周囲の地形，一例として深さ50mにおける観測データとシミュレーションで得た期待値との比較を示す．ボアホールは谷底にあり，谷に沿った東西方向は開けているため到来ミューオン数が多く，南北方向はミューオン数が少なくなる事が期待されており，測定データにはそれが現れている．今後，さらに詳細なデータ解析を進め，各深さごと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．