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地球に降り注ぐ高エネルギーの小さな粒「宇宙線」を観察する霧箱実験では、1時間ごとに学生や研究者によるセッションを行います。実際に小型の霧箱を組み立て、宇宙線を観察するという内容で、一緒に同じ霧箱セットを組み立ててみたいという方には、無償で配布しています(原則、取りに来ていただける方への配布となります)。霧箱セットは数に限りがありますので、無くなり次第、配布は終了となります。セットを希望する方は、広報室(icrr-pr@icrr.u-tokyo.ac.jp)まで事前にご相談ください。
※ ただし、実験には霧箱セットの他に、無水アルコール、ドライアイス、懐中電灯などが必要で、ご家庭などで用意していただくことになります。
(詳しくはQ&Aコーナーに記載しています)
| 日時 |
2022年10月23日(日) 10:00~16:00 特別セッションは11:00-,14:00-,15:00-の3回予定しています |
|---|---|
| 参加費 | 無料 |
| 対象 | 小学生から大人まで。宇宙や宇宙線に興味のある方 |
| リンク | 中継中の質問と回答はこちら"Sli.do"へ |
YouTube視聴は終了しました
霧箱キットの組み立て方
※ この霧箱は高エネルギー加速器研究機構 放射線科学センターによって考案されたものです。キット以外に必要なものとして、ドライアイス、無水アルコール、懐中電灯、ドライアイスを砕くための金づち、ドライアイスを触る時の軍手などがありますので、必ずご用意ください。
１. 袋から出してみる
キットを空けて中身を確認します。発泡スチロールの板が2枚(片方には丸い穴)、黒いシール、プラスチックボックスと蓋、スポンジ、ゴム栓、短い針金が入っています。
２. 発泡スチロールを貼り合わせる
発泡スチロールの板２枚を、周囲にビニールテープなどを貼ることで、貼り合せます。丸く空いた穴の部分が、細かく砕いたドライアイスを敷き詰める部分です。(敷き詰めるのは全ての組み立てが終わってからです)
３. 蓋の内側に黒いシールを貼る
容器の蓋の内側に黒いシールを貼ります。空気を入れた、シワを作ってしまわないよう、注意して貼り付けてください。
４. 容器の内側底にスポンジを貼る
スポンジのシールを剥がして、容器の内側の底にきれいに貼り付けます。
５. ゴム栓に針金を刺して固定する
ゴム栓の細くなっている方に針金を刺します。五ミリくらい刺すと動かなくなります。この針金は後で、先端に線源を付けて容器の中に挿入するために使います。
6. 容器の穴をゴム栓で蓋する
容器の側面の小さい穴にゴム栓を細い方から刺し、しっかり蓋をします。針金は内側に入った状態です。
７. 無水アルコールをスポンジに浸す
無水アルコールをスポイトボトルなどに取り、スポンジ部分をアルコールで浸します。アルコールを気化させて霧を作る必要があるので、ひたひたにします。
8. しっかり蓋をして密封する
黒いシールを内側から貼った蓋で、しっかり容器を閉じ、密封させます。
９. ドライアイスを入れて容器を置く
発泡スチロールに、細かく砕いたドライアイスを入れ、蓋を下にして容器をおきます。ドライアイスは素手で少しでも触ると低温火傷を負いますので、軍手をして取り扱ってください。
１０. 周りを暗く、懐中電灯を照らす
周りを暗くし、懐中電灯を自分の反対側から当てて上から観察してみましょう。霧の中に白い筋が走るのが見えたら、それが宇宙線が通った跡(飛跡)です。
１１. 針金の先に線源を付ける
宇宙線の観察が終わったら、ゴム栓を抜いて針金の先端に放射線源を付けて元に戻します。身近な線源としては、ランタンの芯(※ トリウムが含まれているもの)、ユークセン石、掃除機で収集したハウスダストなどがあります。※最近は放射性物質のトリウムが含まれていないものが多くなっています。
１２. ゴム栓を元に戻して観察する
しばらく待ってアルコールの霧が戻ると、線源の部分から放射状に白い筋が出ているのが観察できます。
大型霧箱の実演
有限会社ラドが開発した「戸田式卓上型霧箱B－112」（ドライアイス冷却）を、同じ柏キャンパスにある新領域創成科学研究科環境システム専攻の飯本武志教授にお借りし、宇宙線研究所広報室で稼働させます。霧箱は10月23日(日)10:00-16:00まで稼働させ、その様子をYouTubeで生中継します。
有限会社ラドの卓上型霧箱を紹介するページはこちらへ
卓上型霧箱のサンプル動画(有限会社ラドのYouTubeページより)
見えたものは何?
霧箱で飛跡を作るのは、電荷を持った粒子です。太くて短いのがヘリウム原子核(アルファ線)、細くて真っ直ぐ、またはギザギザしている電子(ベータ線)とミューオン、太くて真っ直ぐな陽子などがあります。
宇宙線とは何か?
宇宙線とは何か?
高いエネルギーを持ち、宇宙から飛んでくる粒子のことを指します。1912年に発見されましたが、その起源と加速のメカニズムの解明を目指して多くの研究が進められています。当初の宇宙線研究においては、「宇宙線」とは陽子やヘリウム原子核などの荷電粒子でしたが、近年ではニュートリノ、ガンマ線、重力波(重力子)といった電荷を持たない素粒子も「宇宙線」の仲間に加えられ、幅広い研究が行われています。
宇宙線をはじめて見つけたのは?
オーストリアの科学者ヴィクトール・ヘスは1912年、気球に乗って空へ飛び立ち、さまざまな高度で放射線の強さを測定しました。当時、放射線は、地球の内部からやってくると考えられていたため、高度をあげるほど放射線の強度は弱くなると予測されていましたが、結果は正反対で、高度をあげるほど宇宙線の強度は増していきました。ヘスの実験は、放射線が宇宙からも降り注いでいることを実証したもので、1936年、ヘスは宇宙線を発見した功績が認められ、ノーベル物理学賞を受賞しました。
高度によって放射線の強さは異なる?
高度20キロまでにどれくらい宇宙線の強度が増えていくかを図に示しています。
シャワーのように降り注ぐ二次宇宙線「空気シャワー」
実は1936年、宇宙線の強さは高度15キロほどでピークとなり、それより高い場所では急速に減少することが測定されました。これは、宇宙から地球にやってきた高エネルギー宇宙線が、地球の大気と衝突して大量の粒子を生み出し、地表近くでは主にそれらを検出していたことを意味しています。宇宙に起源を持つ宇宙線を「一次宇宙線」、大気と衝突して生じる大量の粒子を「二次宇宙線」と呼びます。
地球の大気と衝突した一次宇宙線は、空気に含まれる窒素原子や酸素原子の原子核を破壊して、中間子と呼ばれる新たな粒子をたくさん作り出します。さらに、その中間子も周りの原子核と高速で衝突し、多くの中間子を生み出し、ねずみ算的に粒子の数が増えていくのです。生じた粒子のうち寿命が短いものはすぐに崩壊し、最終的に1000億個もの粒となり、数百平方メートルの範囲に降り注ぎます。シャワーのように降り注ぐ二次宇宙線のことを「空気シャワー」と呼び、この中にはミューオンやニュートリノ、中性子、ガンマ線、電子、陽電子などが含まれます。実際、ミューオンや陽電子などの粒子はこの空気シャワーの中から発見されました。
宇宙線はどこから飛んでくるのか?
空気シャワーの観測により、宇宙線のエネルギーは10の8乗電子ボルトから10の20乗電子ボルトと、大きな幅があることがわかりました。最も高いエネルギーを持つ宇宙線は、地球上の加速器実験で人工的に作り出せる最大のエネルギー(14テラ電子ボルト)の1000万倍にもなります。宇宙線がどこからやってくるのかは謎のままですが、太陽や超新星爆発、さらには星の合体といった遠い宇宙で起きている激しい天体現象などが候補として考えられています。
宇宙線の飛跡が見える仕組みは?
霧箱の中に満たされるアルコールの蒸気
霧箱の中はスポンジに浸したアルコールが気化し、アルコールの蒸気で満たされています。下からドライアイスで冷やすと、気化したアルコールが冷やされ、過飽和の状態(霧状のアルコールが漂う空間)が作られます。ここを宇宙線が通過すると、通り道のアルコール分子が電離し、そこを核にしてアルコール蒸気が集まって白い雲の筋ができるというわけです。
FAQ
視聴の方法を教えてください。質問はどのように行うのですか。
PCやスマホで、このページ中程にあるYouTubeのリンクを叩けば、視聴が可能です。アーカイブ視聴も9月28日までは可能となっています。質問は中継時間内は専用サイトにて受け付けています。こちらからどうぞ。https://app.sli.do/event/qq3b2jJw9q3wLm55FkYfDe
霧箱セットをもらい、一緒に実験したいのですが、申し込みなどはどうすれば良いですか ? 締め切りはありますか?
広報室(icrr-pr@icrr.u-tokyo.ac.jp)まで、住所、氏名、年齢、必要な個数などをお教えください。在庫が切れ次第、締め切りとなります(※ご要望が多い場合には抽選となることもございます)。柏キャンパスの宇宙線研究所まで指定日に取りに来ていただける方が優先となりますが、遠くの方などで「着払いでも良いので送付して欲しい」などの要望がある場合には、諦めずにご相談ください。できる限りの対応はさせていただきます。
無水アルコール、ドライアイスはどの程度必要ですか。
無水アルコールは薬局などで500ml入りを販売しており、これだけあれば10人分は十分に賄えます。100円均一などで売っているスポイトボトルなどがあれば、効率的にスポンジに浸すことができます。ドライアイスは業者が1キロ単位で販売しています。これだけあれば、5人分は十分に賄えます(※スーパーなどでアイス菓子の購入時にドライアイスを分けてもらえる場合もありますが、1人分には少し足りませんので、近くの専門業者をお探しいただければと思います)。氷で代用はできませんので、十分な量をご用意ください。
