（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．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．

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，それに合わせて南岳火口下にプラグ形成を示唆する高密度構造物の成長が見られた。このプラグは南岳火口の活発化に伴って形成されつつあるものであることが想定された。その後、2023年2月ごろ、南岳火口から昭和火口に突如として噴火活動が推移した。その後も南岳火口及び昭和火口双方からの噴火が続いている。2024年までに南岳火口が噴火しているときには南岳火口近傍の密度が上昇して、昭和火口近傍の密度が減少する。昭和火口が噴火しているときには昭和火口近傍の密度が上昇して、南岳火口近傍の密度が減少することが分かったが（図3.8.1）、2024年は国内外火山学研究者と連携してこの火山学的解釈を進めた。昭和火口噴火と南岳火口底の密度、南岳火口噴火と昭和火口底の密度との間の相関を示すピアソン係数は-0.52で、２つの火口下の質量密度の間に中程度の逆相関があることを示唆している。同様の逆相関は、エトナ山の分岐した火道で測定されたマグマガスフラックス間にも見られ、垂直火道と斜め火道の間の噴火活動はマグマの水分含有量によって制御され、気相が多い場合は垂直火道に上昇しやすく、液相が多い場合は斜め火道を上昇しやすいとされている。桜島でも同様の機構で2つの火口の逆相関が現れている可能性がある。この成果を米ジャーナルJournal of Geophysical Researchに発表した。

（b）ボアホール設置型ラジオグラフィー

宇宙線ミュ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．

首都直下地震の正確な被害想定のためには，正確な震度予測が不可欠である．震度予測を行うためには，震源断層の特定と，断層姿勢，すべり量，そして断層の粗さについての理解が重要であるが，特に断層の粗さについては未解明の点が多く，観測に基づく定量的評価はほとんどなされていない．この観測の空白域を埋めるために，断層物質の直接サンプリングと，ミュオン透視を組みあわせ，断層粗さの直接観測を目指している．

今年度は関東大震災及び元禄地震の震源域の一部と推定されている，房総半島南部の石堂断層のミュオン観測を開始した(図3.8.2)．今後観測を通じて，石堂断層の姿勢及び10mスケールでの凹凸を明らかにする予定である．