(57)【要約】【課題】  従来のロケット誘雷法やレーザー誘雷法における問題点を解消し、より確実に雷放電を誘発できる誘雷効率の高い新規な誘雷方法と、この方法を実施するための誘雷装置を提供する。【解決手段】  高エネルギー陽子又は電子加速器から取り出したミュオンをコリメートし、コリメートしたミュオンビームを雷雲に向けて照射することにより、雷雲内の空気の電離を促進させて雷放電を誘発させる誘雷方法である。誘雷装置は、陽子ビーム又は電子ビームを取り出す高エネルギー陽子又は電子加速器と、取り出された陽子ビーム又は電子ビームを照射してπ中間子を放出させるターゲットと、π中間子の崩壊により生成するミュオンをコリメートするコリメート装置と、コリメートされたミュオンビームを加速して雷雲へ向けて照射する加速管とからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギー陽子又は電子加速器から取り出したミュオンをコリメートし、コリメートしたミュオンビームを雷雲に向けて照射することにより、雷雲内の空気の電離を促進させて雷放電を誘発させることを特徴とする誘雷方法。
【請求項２】
陽子ビーム又は電子ビームを取り出す高エネルギー陽子又は電子加速器と、取り出された陽子ビーム又は電子ビームを照射してπ中間子を放出させるターゲットと、π中間子の崩壊により生成するミュオンをコリメートするコリメート装置と、コリメートされたミュオンビームを加速して雷雲へ向けて照射する加速管とからなることを特徴とする誘雷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雷雲内で雷放電を誘発させて放電によりエネルギーを消失させ、さらには落雷による地上施設や人などへの被害を軽減させるための誘雷方法、およびこの方法を実施するための誘雷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、雷放電を誘発させる誘雷法として、ピアノ線を張ったロケットを雷雲に向けて打ち上げるロケット誘雷法（例えば非特許文献１参照）や、レーザーを雷雲に向けて照射し、空気中にできたレーザーによる電離プラズマを利用して誘雷させるレーザー誘雷法（例えば非特許文献１参照）が提案されていた。
【０００３】
しかしながら、ロケット誘雷法は、雷雲内で雷放電が起こる可能性のある個所に向けてロケットを発射する必要があるため、かような個所にロケットが到達しなかった場合には雷放電が誘発されない可能性があり、必ずしも誘雷効率が高いものとはいえない。さらに、使用済のロケットやピアノ線が地上に落下してくる可能性もある。
一方、レーザー誘雷法は、地上から雷雲までの空気中に電離プラズマを発生させなければならないため、雷雨や降雪中の冬季雷の場合には、レーザーの大気中での吸収により、電離プラズマが発生し難くなり、誘雷効率が悪くなるという問題があった。
【０００４】
【非特許文献１】M. M. Newman et al.,  J. Geophys. Res., 72, 4761 (1967)
【非特許文献２】L. M. Ball,  Appl. Opt., 13, 2292 (1974)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、従来のロケット誘雷法やレーザー誘雷法における上述したような問題点を解消し、より確実に雷放電を誘発できる誘雷効率の高い新規な誘雷方法、さらにはこの方法を実施するための誘雷装置を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、ミュオンのビームを雷雲に向けて照射すると、ミュオンは透過性が高いために目的とする雷雲まで容易に到達し、直接雷雲内の空気の電離を促進して雷放電を効率よく誘発できることを見出し、本発明を完成させたものである。
【０００７】
すなわち本発明の誘雷方法は、高エネルギー陽子又は電子加速器から取り出したミュオンをコリメートし、コリメートしたミュオンビームを雷雲に向けて照射することにより、雷雲内の空気の電離を促進させて雷放電を誘発させることを特徴とするものである。
この方法を実施するための本発明の誘雷装置は、陽子ビーム又は電子ビームを取り出す高エネルギー陽子又は電子加速器と、取り出された陽子ビーム又は電子ビームを照射してπ中間子を放出させるターゲットと、π中間子の崩壊により生成するミュオンをコリメートするコリメート装置と、コリメートされたミュオンビームを加速して雷雲へ向けて照射する加速管とからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、下記のような効果が奏せられる。
（１）従来のレーザー誘雷法と異なり、雷雨や降雪によるビームの吸収の影響を受けずに、雷雲中にミュオンビームを入射させることができる。
（２）雷雲の強電場領域を利用して多量の電子を雷雲内で発生させることができるため、ビームの行路の空気中に電離プラズマを発生させる従来のレーザー誘雷法と比べて、直接雷雲内の空気の電離を促進し雷放電を起こさせることが可能となり、高い誘雷効率を実現できる。
（３）従来のロケット誘雷法と異なり、雷雲に向けて連続的にミュオンビームを照射でき、雷放電を惹起する雷雲内の強電場領域をねらって何度でも照射できる。
（４）従来のロケット誘雷法と異なり、使用済のロケットやピアノ線等が落下する危険がなく、安全性が高い。
（５）ミュオンは電子に崩壊し、電子は飛程が短いことから、ミュオンビームが到達した雷雲内に局所的にエネルギーを投入することになるため、他の場所に悪影響を及ぼすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１には、本発明の誘雷方法を概念的に図示したものである。
高エネルギー陽子又は電子加速器１から放出されるミュオンはコリメートされ、ミュオンビーム２として雷雲３の強電場領域へ向けて照射される。ミュオンのエネルギーが２ＧｅＶの場合、ミュオンの飛程は１０数ｋｍであるため、距離が１０ｋｍ程度の雷雲に向けて照射することができる。図示の例では、加速器１を地上に設置して、海上の雷雲に向けてミュオンビーム２を照射している。
【００１０】
ミュオンは、下記の崩壊形式により、電子または陽電子とニュートリノ、反ニュートリノに崩壊する。
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【００１１】
一般的な雷雲３の電荷分布は、図１に模式的に示したように、上部が正に、下部が負に帯電しており、下部の負電荷層の下に小さな正電荷層（ポケット正電荷）が存在している。これらの電荷量が多くなって、正電荷と負電荷が引き合い放電することで雷が発生する。この放電が雷雲３内で発生したものが雲放電４ａであり、雷雲３と海上や地上の間で発生したものが落雷４ｂである。雷雲内に蓄積されている電荷量が少ないうちに雲放電を人為的に誘発させることにより、エネルギーを消失させて落雷の影響を少なくすることができ、海上や地上施設の少ない地域の上空にある雷雲から落雷を人為的に誘発させることにより、地上施設や人などへの被害を軽減でき、落雷の影響を最小とすることができる。
【００１２】
本発明においては、正または負の電荷をもつミュオンが空気中を飛行中に空気分子を電離させ多量のノックオン電子を生成する。また、負ミュオンから崩壊した電子または正ミュオンから崩壊した陽電子が、雷雲内の強電場領域で加速され、空気分子と衝突して２次電子や制動放射線（光子）を放出する。これらの電子や光子は再び空気分子と衝突し、さらに電子や光子をなだれ状態で多量に発生させて電子・光子の電磁シャワーが生成される。このとき発生した多量の電子は飛程が短いため雷雲内で吸収され、その間に周囲の空気を電離させて空気の電気伝導度を上昇させ、雷放電を発生させやすくする。
【００１３】
図１には、雷放電が雷雲と海上との間で起こり落雷４ｂが生じる他に、ミュオンビーム２の行路に沿って放電が進展し、鉄塔５に落雷４ｃが生じている状態も示している。鉄塔５に落雷４ｃが生じる現象は、ミュオンビーム２の行路に沿って空気中にノックオン電子が生成され、雷雲３内でもこの行路に沿って多量の電子が生成されることから、空気中に電子・イオン対が生成されて電気伝導度が上がる結果、放電路がミュオンビーム２の行路に沿って形成される可能性があるためと考えられる。このようにして鉄塔５に生じた落雷４ｃから電気エネルギーを採取して蓄電することにより、積極的にエネルギー源として利用することも可能である。
【００１４】
本発明による誘雷現象をモンテカルロ計算によりシミュレーションした結果を以下に説明する。図２は計算体系図を示しており、雷雲の高さは夏季雷で約１５ｋｍ、冬季雷で７〜８ｋｍであるため、計算上の高さを１５ｋｍとした。また雷雲の大きさはまちまちであるため、計算上の半径を５ｋｍとした。加速器からのミュオンビームの放出角度を３０°としたときに最も電界強度が高くなるような高度でミュオンが崩壊するように、加速器と雷雲中心部との距離を７．５ｋｍとした。
【００１５】
図２に示す計算体系で、エネルギー２ＧｅＶの正ミュオン２５個を雷雲中に入射させた場合のミュオン、電子および制動放射線（光子）の飛跡を図３に示す。図３中の飛跡において、長く緩やかなカーブを描いているのがミュオン（μ）の飛跡であり、直線的に多数の線が出ているのが制動放射線（光子）の飛跡である。図３中にはミュオンと光子の主な飛跡のみ矢印で示してある。２次電子は飛程が短いため、制動放射線（光子）の近傍に短い線として現れている。このようにして、雷雲中では多量の電子、光子（Ｘ線）が放出されることがわかる。
【００１６】
このときの、ミュオンビーム照射方向の大気中に吸収されるエネルギーを図４のグラフに示す。グラフの横軸はミュオンビームの照射距離を、縦軸は１ミュオン当たりの吸収エネルギーをそれぞれ表す。グラフからわかるように、ミュオンビームを雷雲の電場中に照射した場合には、電場がない状態で照射した場合に比べて、１ミュオン当たりのエネルギー吸収量が大きく増加しており、１ミュオン当たり数十ＭｅＶのエネルギー吸収がある。１組の電子・イオン対生成に必要なエネルギー（Ｗ値）は３４ｅＶであることから、数十ＭｅＶのエネルギー吸収により約１００万組の電子・イオン対が生成されると考えられる。かような電子・イオン対の生成により、周囲の空気が電離されて電気伝導度が上昇し、通常では放電が起こらない程度の雷雲中の電界強度でも雷放電を起こしやすくできるのである。
【００１７】
図５は、本発明の誘雷方法を実施するために使用し得る好ましい誘雷装置の実施例を模式的に示したものである。すなわち、本発明の誘雷装置は、高エネルギー陽子又は電子加速器（図示せず）と、陽子ビーム又は電子ビームを照射するターゲット１１と、ミュオンのコリメート装置１３と、ミュオンビームの加速管１５とから構成されている。加速器のエネルギーとしては、雷雲中に照射するミュオンのエネルギーによっても変化するが、一般的には数ＧｅＶ〜１０ＧｅＶ以上の高エネルギー加速器が使用される。
【００１８】
図示の例では陽子加速器を使用し、陽子加速器から取り出された陽子（ｐ）ビーム１０を炭素等からなるターゲット１１に照射して、ターゲット１１からπ中間子等１２を放出させる。π中間子は崩壊してミュオン（μ）を生成する。生成したミュオンを取り出して、電磁石等からなるコリメート装置１３を用いて収斂させたり、曲げたりしてコリメートする。コリメートされたミュオンビーム１４は、最終的に加速管１５で加速され、目的とするエネルギーを獲得したミュオンを雷雲へ向けて照射させる。
また、ミュオンビーム１４より取り出されるミュオンのエネルギーを選択することにより、ミュオンビームの飛程を変えて、目的とする雷雲までの距離を変えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の誘雷方法を概念的に示す説明図である。
【図２】モンテカルロ計算による落雷シミュレーションにおける計算体系図である。
【図３】図２の計算体系で正ミュオンを雷雲中に入射させた場合のミュオン、電子、光子の飛跡を示す図である。
【図４】ミュオンビーム照射方向の大気中に吸収されるエネルギーと照射距離との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の誘雷装置の実施例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：陽子又は電子加速器
２：ミュオンビーム
３：雷雲
４ａ：雲放電
４ｂ、４ｃ：落雷
５：鉄塔
１０：陽子ビーム
１１：ターゲット
１２：π中間子
１３：コリメート装置
１４：ミュオンビーム
１５：加速管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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