霧箱ってご存じでしょうか?
本来なら目に見えない放射線を可視化するための装置です。万華鏡のようにめくるめく美しい軌跡が観察できます。物理の教科書が手元にあれば、多分どこかに載ってます。
ドライアイスさえ手に入れば、比較的簡単に作れます。夏休みの自由研究などに是非どうぞ。
霧箱とは
https://twitter.com/motcho_tw/status/745827518171648000
霧箱とは、過飽和のアルコール蒸気のなかに放射線が飛び込む衝撃で発生する結露を観測する装置です。ものすごーく大ざっぱに言うと、飛行機雲が出来るのと似たような仕組みで霧が出ます。
霧箱は、動作原理に応じて2種類の方式に大別されます。
膨張霧箱
ウィルソン霧箱とも呼ばれます。
高機能の冷蔵装置がなかった時代の霧箱で、断熱膨張によって過飽和環境を作り出しています。ピストンで引いたわずかな時間しか観察できないので、観測効率としてはあまり良くありません。
雲が出来る仕組みとしてはこちらの方が近いです。
拡散霧箱
ドライアイスや液体窒素などを使って冷却する方法です。本稿では拡散霧箱を作ります。
冷却剤が効いてる限り連続的に観察できるのが利点です。文明の利器わっしょい！(・∀・)9
霧箱のつくりかた
…ということで霧箱の作りかたです。
ドライアイスさえ手に入れば、意外と身近な材料で作れます。ただしドライアイスは素手で扱うと凍傷になる可能性があります。また、アルコールは可燃物なので換気もしっかり行って下さい。
霧箱づくりに必要なもの
霧箱のつくりかた
まずタッパーの底に画用紙をセットします。観察しやすさで言うと黒い毛氈（もうせん）がベストらしいんですが、手に入る範囲で黒い素材を用意して下さい。
また、広口容器には、キムチのプラスチック容器なんかも使えます。
黒いシートをセットしたら、容器の口に「すきまテープ」をはりつけます。スポンジから出来ててテープもあらかじめついてるので、綿を丸めてセットする方法よりも手軽です。
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ニトムズ すきまテープ |
発泡スチロールなどの断熱材の上に、砕いたドライアイスを敷き詰めます。ドライアイスの分量は容器のサイズや外気温によっても変わるので、心配なら多めに注文しておいて下さい。
大人のげんこつ大くらいあれば10分くらいもつので、慣れればアイスのオマケで貰ったドライアイスでも観察出来るかも知れません。
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ドライアイス 5kg 【お届け日をご指定下さい。】
通販だと量がハンパないので、スーパーなどで少量買うほうが現実的です。 |
ドライアイスは厚手のビニール袋に入れてハンマーなどで叩くと無駄が出ません。凍傷を起こす可能性があるので軍手の用意を忘れずに。
霧の材料となるエタノールをスポンジに注ぎます。あれば水差しなどに移しておくと作業しやすいでしょう。
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ハンディ・クラウン 丸型洗浄瓶 250cc |
エタノールを注いだら放射線源を入れてラップで蓋をします。この例ではアルファ線が多く観察できるガスランタンの芯を使っています。
懐中電灯などで横から照らしながら観察してみて下さい。
うまく観察できないときは…
拡散霧箱作りでは上下の温度差が必要です。容器全体が冷えるとうまく行かないことがあります。ドライアイスを使いまくったときは、すこし取り除いて底面だけ冷やすようにしてみて下さい。
あと、装置を除電するのも良い方法です。塩ビの管や下敷きなどを化繊でこすって静電気を発生させ、装置の表面をそっとなでて下さい。うさんくさい「おまじない」っぽいけど結構効きます。
工作精度に自信がないときはキットもあります。ラジウムボールつきのお手軽タイプで、ご家庭実験教材としてお馴染みのアーテック製。
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【科学工作】エコロジー・環境 簡易霧箱セット |
放射線源を用意する
放射線源によって、出てくる線種が異なります。よく観察されるのはα(アルファ)線とβ(ベータ)線です。
線香花火の序盤のように、太くてシュッとしたのがα線、ひょろひょろと細長いのがβ線です。霧箱に複数の放射線源を入れて、線種や線量の違いを比べてみると面白いです。
マントルピース（ランタンの芯）
今回の例で使ったのがこのマントルピースです。ガスランタンなどのフィラメントに相当する消耗品で、キャンプグッズとして売ってます。
霧箱観察する上ではα線源としての定番アイテムで、トリウムを含みます。霧箱に対してちょっとあれば十分なので、ハサミなどで切り取って使って下さい。
なお、商品によっては非放射性マントルに移行している場合もあるのでご注意下さい。メーカー大手であるコールマンのマントルは非放射性ということです。
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ユニフレーム(UNIFLAME)UL-G専用マントル（3枚入り） |
花崗岩
よく墓石とか庭石に使われる岩です。手作り霧箱では主にβ線が観察できます。
放射線量計などで測るとばんばん高い数字が出るようですが、そう言うものなので気にしなくて大丈夫です。
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建材石材花崗岩敷石ピンコロ |
カリ肥料
自然界のカリウムには一定量の放射性カリウムが含まれます。なのでカリウムの塊であるカリ肥料も霧箱に使えます。
精度の良い霧箱だと、カリウムの多いバナナなどでもβ線が見えると言いますね。
ちなみに園芸用の単肥は各種揃えてるとご家庭実験の際に色々使えて便利です。お花と一緒に科学の心を育てようね！(๑•̀ㅂ•́)و
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あかぎ園芸 加里 1㎏ |
ウランガラス
【本章追記:2016/06/28】@sanzu_line さんより、「ウランガラスも使える」とのコメントを頂きました。
ウランガラスというのは、微量のウランで着色されたガラスです。紫外線を受けて蛍光を放つことから、独特の魅力があります。比較的珍しいものではありますが、確かに行くところに行くと売ってますね。
線源としては、ウランガラスのビーズやカレット（砕いたもの）もいけます。大手でないアクセサリー材料（カレットは特にレジンアクセ材料扱ってるところとか）のネットショップで買えたり。
UVを当ててきちんと蛍光するもの、スワロフスキーや水晶のビーズで見られるオーロラ加工やアクアオーラなどのコーティングがされてないものがいいと思います。
なるほど、表面加工されてる場合もあるんですね。こういう情報は なかなか知り得ないので本当インターネットありがたいです。(⊙Д⊙)
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蛍光するアメリカ製ウランガラスのおはじき |
旅行する
たとえば高山に登ると宇宙線が増えます。
あとラドン温泉とかもよさそうです。どっちにしろ相当シュールですが、やったらやったで楽しそうよぬ。
おわりに
目に見えない放射線、実はその辺の日用品からバンバン出ているような代物です。でも人体には多少の放射線トラブルを修復する力が備わってますので、その辺の庭石から出てる放射線を浴びてる分には問題はありません。
普段、霧箱なんてそう滅多に話題に上る代物じゃないんですけど、なぜか先週は毎日のように違う筋の友人と霧箱の話をする機会がありました。ついでに「霧箱って実は手作りできるんだよ」と言ったら驚かれたのでメモしておこうかなと思った次第です。
霧箱の不思議に魅せられたら是非お近くの科学館にも足を運んでみて下さい。大きな霧箱は、本当にうっとりするほど綺麗ですよ。(´ω｀*)
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いちから聞きたい放射線のほんとう～ いま知っておきたい22の話 菊池 誠 (著), 小峰 公子 (著), おかざき 真里 (イラスト) 【楽天】 / 【Amazon】 |
制作写真は理科ハウスにて撮影、動画は鯵坂もっちょ氏より使用許可頂きました
コメントをどうぞ(´ω｀*)