Negative excursion of surface electric fields during gamma-ray glows in winter thunderstorms

和田 有希*; 鴨川 仁*; 久保 守*; 榎戸 輝揚*; 林 省吾*; 澤野 達也*; 米徳 大輔*; 土屋 晴文

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 128(21), p.e2023JD039354_1 - e2023JD039354_20, 2023/11

https://doi.org/10.1029/2023JD039354

During the 2020-2021 winter season, we detected 6 gamma-ray glows at Kanazawa University, Japan. Negative surface electric fields (E-fields) were observed by a field mill during all the glow cases. In five of the six cases, the maximum E-field reached 12 , and the E-field during the glow detection was the strongest in 3 hours before and after the detection time. Therefore, negative charges should have been dominant in the thunderclouds that produced the gamma-ray glows, and electrons were probably accelerated and multiplied by the E-fields between a predominantly negative charge layer and a localized positive charge layer below. In addition, we extracted 8 non-detection cases in the 2020-2021 winter season, in which surface E-fields were stronger than 12 . In 5 of the 8 cases, radar echoes were inadequately developed, suggesting insufficient charge accumulation. On the other hand, the remaining 3 cases had well-developed radar echoes, and there was no significant difference from the detection cases.

Catalog of gamma-ray glows during four winter seasons in Japan

和田 有希*; 松本 崇弘*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 古田 禄大*; 米徳 大輔*; 澤野 達哉*; 岡田 豪*; 南戸 秀仁*; et al.

Physical Review Research (Internet), 3(4), p.043117_1 - 043117_31, 2021/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.043117

In 2015 the Gamma-Ray Observation of Winter Thunderstorms (GROWTH) collaboration launched a mapping observation campaign for high-energy atmospheric phenomena related to thunderstorms and lightning discharges. This campaign has developed a detection network of gamma rays with up to 10 radiation monitors installed in Kanazawa and Komatsu cities, Ishikawa Prefecture, Japan, where low-charge-center winter thunderstorms frequently occur. During four winter seasons from October 2016 to April 2020, in total 70 gamma-ray glows, minute-lasting bursts of gamma rays originating from thunderclouds, were detected. Their average duration is 58.9 sec. Among the detected events, 77% were observed in nighttime. The gamma-ray glows can be classified into temporally-symmetric, temporally-asymmetric, and lightning-terminated types based on their count-rate histories. An averaged energy spectrum of the gamma-ray glows is well fitted with a power-law function with an exponential cutoff, whose photon index, cutoff energy, and flux are 0.613 0.009, 4.68 0.04 MeV, and (1.013 0.003) 10 erg cms (0.2-20.0 MeV), respectively. The present paper provides the first catalog of gamma-ray glows and their statistical analysis detected during winter thunderstorms in the Kanazawa and Komatsu areas.

Gamma-ray glow preceding downward terrestrial gamma-ray flash

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中村 佳敬*; 古田 禄大; 湯浅 孝行*; 中澤 知洋*; 森本 健志*; 佐藤 光輝*; 松元 崇弘*; 米徳 大輔*; et al.

Communications Physics (Internet), 2(1), p.67_1 - 67_9, 2019/06

https://doi.org/10.1038/s42005-019-0168-y

Two types of high-energy events have been detected from thunderstorms. One is "terrestrial gamma-ray flashes" (TGFs), sub-millisecond emissions coinciding with lightning discharges. The other is minute-lasting "gamma-ray glows". Although both phenomena are thought to originate from relativistic runaway electron avalanches in strong electric fields, the connection between them is not well understood. Here we report unequivocal simultaneous detection of a gamma-ray glow termination and a downward TGF, observed from the ground. During a winter thunderstorm in Japan on 9 January 2018, our detectors caught a gamma-ray glow, which moved for 100 s with ambient wind, and then abruptly ceased with a lightning discharge. Simultaneously, the detectors observed photonuclear reactions triggered by a downward TGF, whose radio pulse was located within 1 km from where the glow ceased. It is suggested that the highly-electrified region producing the glow was related to the initiation of the downward TGF.

Rice plants take up iron as an Fe-phytosiderophore and as Fe

石丸 泰寛*; 鈴木 基史*; 塚本 崇志*; 鈴木 一正*; 中園 幹生*; 小林 高範*; 和田 泰明*; 渡辺 智; 松橋 信平; 高橋 美智子*; et al.

Plant Journal, 45(3), p.335 - 346, 2006/02

https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2005.02624.x

gean was isolated from rice, which is highly homologous to . Real-time PCR analysis revealed that and are expressed predominantly in roots, and these transporters are induced by low-Fe condition. Analysis using the positron-emitting tracer imaging system showed that rice plants are able to take up both an Fe-phytosiderophore and Fe. This result indicates that, in addition to absorbing an Fe-phytosiderophore, rice possesses a novel Fe-uptake system that directly absorbs the Fe, a strategy that is advantageous for growth in submerged conditions.

Charge-order pattern of the low-temperature phase from a monoclinic single domain of NaVO uniquely determined by resonant X-ray scattering

大和田 謙二; 藤井 保彦; 勝木 裕也*; 村岡 次郎*; 中尾 裕則*; 村上 洋一; 澤 博*; 仁宮 恵美*; 礒部 正彦*; 上田 寛*

Physical Review Letters, 94(10), p.106401_1 - 106401_4, 2005/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.106401

共鳴X線散乱をNaVOのT以下で現れる斜方晶ドメインに適用することで低温相の電荷秩序パターンをユニークにAAA'A'であると決定した。これらの結果により、A, A'をイジングスピンに対応させることができ、NaVOのTにおける「悪魔の階段」的相転移を説明できるようになった。

セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究II

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 日比谷 啓介*; 横関 康祐*; 渡邉 賢三*

JNC TJ8400 2003-046, 282 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-046.pdf:8.26MB

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。研究成果を以下に示す。1 水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。液固比500 にて試料全体のCa の約60%が溶出し、ポルトランダイトの溶脱が固相の力学特性や空隙率の変遷に大きく寄与していることがわかった。しかしながら、劣化部のCa 溶出率は通水初期の段階から60%以上の高い値となり、力学特性との間には信頼性の高い関係を導くことは困難であった。一方、空隙率および透水係数と圧縮強度との間には高い相関性が認められ、モデル化に有効である可能性が示された。またビッカース硬度もCa 溶出率との間の相関性は低かったが、圧縮強度や水理特性との間には相関性が認められた。2 水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、空隙率は、浸漬64 週で初期値より1020%程度増加することが分かった。また、カルシウム溶出率と空隙率の関係と、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、浸漬期間が長く、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度や空隙率と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定する手法を提案した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。また、各変遷指標間の関係から、水理・力学特性に関するモデル化手法の方向性を示した。

セメント系材料に対する硝酸塩等の影響評価II

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*

JNC TJ8400 2003-041, 152 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-041.pdf:7.93MB

TRU廃棄物は硝酸イオンを含むものがあり,TRU廃棄物処分システムの性能評価を行うためには,処分システム構成要素に与える硝酸塩の影響を評価する必要がある。本研究では,セメント系材料に対する硝酸イオンおよび硝酸塩起源の化学物質の影響を評価した。昨年度の検討において,硝酸ナトリウム溶液を通水したケースでは,イオン交換水を通水したケース(以下,ブランク)よりもカルシウム溶脱による変質が促進されることがわかった。今年度は,さらに変質が進行した試料の透水係数,物理的・化学的特性を評価した。また,還元環境下では硝酸イオンからアンモニアへと化学形態が変遷することが考えられる。そこで,アンモニア含む溶液がセメント系材料の変質に与える影響についても評価した。本年度の研究成果を以下に示す。1) セメント系材料の変遷に及ぼす硝酸イオンの影響の検討 硝酸ナトリウム水溶液を用いて通水試験を行い,各特性の変化を評価した。その結果,硝酸ナトリウムを通水している期間は,液相のカルシウム濃度がブランクよりも高く,カルシウムの溶脱による試料の変質が促進されることがわかった。さらにイオン交換水を通水し,試料の変質を評価した結果,積算液固比が大きくなるにつれて,化学的特性及び物理的特性ともにブランクとの差異は小さくなった。2) セメント系材料の変遷に及ぼすアンモニアの影響の検討 硝酸イオンとアンモニアを含む溶液を用いて通水試験を行い,各特性の変化を評価した。その結果,硝酸ナトリウム,アンモニア水溶液を通水中は,液相のカルシウム濃度がイオン交換水を通水したケースより高く,1mol/1硝酸ナトリウム水溶液を通水したケースと同程度であった。固相の変質も硝酸ナトリウム水溶液を通水したケースと同程度であると判断された。また,透水係数についても硝酸ナトリウム水溶液を通水したケースと同じ傾向が見られ,通水液を硝酸ナトリウム,アンモニア水溶液からイオン交換水に切り替えた直後に透水係数が増大した。以上から,アンモニアがセメントの変質に与える影響は認められなかった。

模擬廃棄物固化体の有害物質による影響分析

長安 孝明; 武井 明彦*; 大和田 仁*; 根岸 久美*; 須藤 俊吉*

JNC TJ6420 2002-007, 28 Pages, 2002/03

JNC-TJ6420-2002-007.pdf:0.38MB

製錬転換施設において発生する放射性廃棄物は、可能であれば除染して有効利用することを考えているが、除染困難な物質については、固化体として保管管理することがひとつの方策である。しかしながら、製錬転換施設から発生する廃棄物の多くは、微量の硫酸根やフッ素を含有しているため、これらの固化体の長期保管に際しては、これら有害物質の影響を考慮しておく必要がある。本報告では、核燃料サイクル開発機構殿が作製し、各種条件において保管しておいた試験用固化体について浸出試験を行い、固化体より溶出する可能性のある有害物質を溶出挙動を検討した。

セメント系材料に対する硝酸塩等の影響評価-研究概要-

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*

JNC TJ8400 2002-033, 60 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-033.pdf:1.97MB

TRU廃棄物には、硝酸イオンはじめとして種々の化学物質を含むものがあり、これらの物質が処分システム構成要素へ与える影響を評価しておく必要がある。また、地下深部は地表面より温度が高く、TRU廃棄物には放射性物質の崩壊熱により発熱しているものもあることから、温度上昇が処分システム構成要素へ与える影響を評価しておくことも必要である。そこで、本研究では、TRU廃棄物処分システムの構成要素であるコンクリートに着目し、セメント系材料の溶解変質に対する硝酸イオンおよび、再処理過程で発生するプロセス廃液をホウ酸塩で固化した固化体(以下、ROBE固化体という)起源の化学物質の影響を評価した。また併せて、セメント系材料の熱変質の影響を評価した。本年度の研究成果を以下に示す。1)セメント系材料の化学的変遷に及ぼす硝酸イオンの影響の検討 硝酸イオンがセメント系材料の変質に与える影響を評価するために、硝酸ナトリウム水溶液を用いて通水試験を行い、各特性の変化を評価した。その結果、1mol/l硝酸ナトリウム水溶液を通水中は、液相のカルシウム濃度がイオン交換水を通水した場合(以下、ブランク)より高かったこと、及び、固相のカルシウム溶脱による変質領域が広かったことから、ブランクよりカルシウムの溶出量が多く、カルシウム溶脱による試料の変質は促進されたと判断された。また、透水係数は、硝酸ナトリウム水溶液の通水中はブランクを下回ったが、その後、通水液を硝酸ナトリウム水溶液からイオン交換水に切り替えた直後に急増し、積算液固比180の時点ではブランクをやや上回る傾向が見られた。空隙率は、同一液固比では硝酸ナトリウム水溶液を通水した場合のほうがブランクよりもやや大きくなり、圧縮強度は低くなった。また、AFm相は通水初期の段階で硫酸塩型に転移し、硝酸イオンの供給がなくなると、炭酸塩型に変化することがわかった。

セメント系材料の水理・力学特性の変遷に関する研究

武井 明彦*; 大和田 仁*; 藤田 英樹*; 根岸 久美*; 竹田 哲夫*; 横関 康祐*; 渡邊 賢三*

JNC TJ8400 2002-028, 218 Pages, 2002/02

JNC-TJ8400-2002-028.pdf:4.6MB

セメント系材料の変遷はベントナイトや岩盤の変遷にも大きな影響を与える。本研究ではニアフィールド水理場の長期的変遷評価システムモデル構築のためのデータ取得を目的とし、通水法ならびに浸漬法によってセメント系材料の変質供試体を作製しその物理的・化学的特性を評価した。また、モデル化に必要な「変遷指標間の関係」を確認した。本年度の研究成果を以下に示す。1.水セメント比85%ならびに105%のセメントペーストを試料として、通水法による劣化過程での各特性の変化を取得した。実測の見かけ透水係数から劣化部の透水係数を計算により求めた結果、通水量が増すに従って透水係数は増大した。また、通水により空隙率は劣化の顕著な試料上部で増加した。圧縮強度は劣化の顕著な試料上部の値を示すものと考えられ、通水によりその値は低下した。空隙率、劣化部の透水係数、ビッカース硬度の各要因は、圧縮強度との間には相関が認められた。固相の化学的評価、通水液のpHやCa濃度から劣化過程はポルトランダイトが溶出する領域であると考えられ、固相物性の変化はポルトランダイトの溶出に起因するものと推測された。2.水セメント比が40%から105%までのセメントペースト試料をイオン交換水に浸漬し、拡散による物理特性(透水係数、圧縮強度)変化について実験的に検討した。その結果、浸漬12週の時点では溶出率が小さく、劣化が顕著に進んでいないものの、以下のことが分かった。空隙率は、浸漬12週で初期値より410%程度増加しており、水セメント比が大きいと空隙率の増加量が大きいことが分かった。また、空隙率と透水係数の既往の検討結果を用い、カルシウム溶出時の透水係数を推定した。ビッカース硬度は、水と接していた表面近傍で低下する結果となり、水セメント比の大きい方がその低下領域が大きいことが分かった。また、ビッカース硬度と力学特性(圧縮強度、ヤング係数)の関係を用い、カルシウム溶出時の力学特性を推定した。これらの結果から、通水法と浸漬法相互のデータを補完する可能性が示された。各変遷指標間の関係を導くために、今後さらに整備が必要なデータセットが明らかとなった。