記録
10月19日(水)
横山先生にお話を伺った。
何年か前にオーロラの実演をした先輩方がいる。
観測実習の続きでもよい。
11月8日(火)
星野先生と岩上先生にお話を伺った。
オーロラ実演
チェンバーを借りて作った。
吉川先生の真空チェンバーを使えるかも。
プラズマ実験と思えるかどうか。
準備に一月はかかった。
オーロラの物理も一緒に展示するといいかも。
博物館などで人口オーロラ装置はある。
使うチェンバーを早めに決めることが大切。
JAXAの作ったビデオ、DVDがある。
お金はそんなにかからないけど、mm単位の補正が必要。
星野先生が、オーロラの実演装置を開発したことで有名な南先生に聞いてくださる。
大淵先生
オーロラの科学
テスラーコイルを使う。
12月2日(金)
岩上先生が、見つかったテスラーコイルを見せてくださった。
2月10日(金)
星野先生にお話を伺った。
●ダイポール磁場の形を再現した実験を行いたい
→「ダイポール磁場はデリケートで、ゆらぎ（磁場、電子ビーム、電源など）が大きいため
五月祭実験では再現は難しい。
オーロラの本にこのような実験がのっているが、それには相当大きな磁石が使われていて、しかもあまりよく成功していない。
実験ではオーロラの原理（磁場と電場の相互作用で空気が光る）に限った再現を行い、正確な理論は展示で議論するのはよいのではないか。
（この私達が行おうとしている実験で光っているのが空気の分子かどうかは謎だが。）」
●今、オーロラ研究でホットなテーマは何ですか
→「科学衛星『れいめい』などによる観測によって電場の微細構造がわかってきている。大きな空間スケールの電場があると考えられていたが、局在した様々な電場の構造がある。
理論の分野では、電場の境界、局在化、double layerなど。」
●実験については岩上先生・吉川先生のほうがお詳しい。
●必要があれば星野先生がプラズマ物理についての解説をしてくださる。４月頃か。
●元東大の先生で「れいめい」打上げ責任者をつとめた先生が、オーロラ観測機をつくる研究室（３号館）を見せてくださるかも。2/15～17のどれかで。
●オーロラ解析をしているD1の方のお名前を教えていただいた。必要であれば星野先生が調整してくださる。
2月15日(水)
15:00〜
吉川先生に使わせて頂ける真空チェンバーを見せて頂いた。
実験器具の仕様
仕様書：チェンバー 高さ 123mm 内径 259mm
(実際に計測した値：チェンバー 高さ 188mm 内径 270mm)
スペーサーの厚さ 11mm
テスラーコイル 直径79mm
今後の予定
〜2/29 必要部品の確保
3/1〜3/15 組み立て
3/16 First Light
〜5/10 完成
2/29までに必要なものを必ず揃えておく。
地球用のボール(料理用、直径15cm程度)はプラスチックと金属のものを用意する。
出来れば底が平らになっているものではなく、半球のものを使いたい。
フィラメントを-1000Vにするか、ボールを+1000Vするか。
ボールの内側に動線を巻く？
やぐらは必要ならば、ジェラルミンでねじなどを使って組む。
設計図を書いて、必要なジェラルミンの大きさ、厚さ等を吉川先生に報告する。薄くて済むなら、薄いほうがよい。
まず、+1000Vの金属板？に電子を当てて、どの程度光るかどうか予備実験をやる。
岩上先生にテスラーコイルをお借りした。3号館207教室に置かせて頂いた。
16:00〜
平原先生にオーロラとオーロラ観測衛星「れいめい」に関する講義をして頂いた。
オーロラのデータを頂くならD1の方に。
2月16日(木)
チェンバーの図面のpdfを頂いたので、SkyDriveにあげておいた。
また、金属工作する必要があるなら、年度末はいつまで工作室が使えるか分からないので、早めに相談させて頂く必要がある。
大まかに決まっていれば、詳細は相談にのってくださるそうです。
2月28日(火)
東急ハンズでのステンレス半球の見積もり結果
150π 2794円
200π 8400円
用意してくれたボウル
金属：直径22cm、高さ11.4cm
プラスチック：直径20cm、高さ8cm
3月8日(木) 13:30~@理学部３号館207教室
実験第一回目
実験
窓二つを付けて、チェンバーを組み立てた。
①絶縁シート、磁石、ボウルで引く ⇢ 20Paまで
②チャンバーの中を空にして引く ⇢ 2Paまで
中身が空であれば、しっかりと引けることを確認。
③①と同じ条件＋8番のフィラメントを付けて引く ⇢
1分後 20Pa
3分後 15Pa
10分後 10Pa
13分後 8Pa
電圧を上げた。 1.2V、7Paで光り始めた。
HVで数kVまでは上げられる。
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問題点
あまりよく引けない。
3月22日(木) 13:30~@理学部３号館207教室
実験第二回目
実験
①絶縁シートを円形に切り、真空を引いた。
2分後 8.0Pa
3分後 4.8Pa
5分後 3.0Pa
7分後 2.0Pa
②フィラメントをつなぐ。
1.3Vくらいで光り始めた。
写真は1.13A、1.74Vで。
③高圧電源をつないで引いた。
3分後 6.0Pa
7分後 3.0Pa
2.0Pa、1.5Vで光り始めた。
④オーロラらしきものが光っているか、物理的に見えなかったので、チェンバーを一段にして、透明なふたをして同じ事をしたが、見えなかった。
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もっと真空にしなければならないのか？
次回、ターボ分子ポンプを使って実験をすることにした。
3月29日(木) 13:30~@理学部３号館207教室
実験第三回目
実験
①前回の設定のまま（ロータリーポンプのみで）どこまで高電圧がかけられるか確認
3Paになったところでフィラメントに電圧を与える。
電流1.39A、電圧2.55Vに設定
100Vずつ高圧電源の電圧を上げていく→2500Vまで上げられることを確認した
②ターボ分子ポンプを用いて真空を引く
実験室右側の机にチェンバーを移動させてターボ分子ポンプ取り付けた
ピラニー真空計に加えて電離真空計も取り付けた
ロータリーポンプで真空を引いていき、7Paになったところでターボ分子ポンプを起動
→なかなか真空が引けなかった（電離真空計の表示が使えるまで圧力が下がらない）
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③電離真空計ではなくシュルツゲージに取り替えてもう一度真空度を計測
ロータリーで7Paになったところでターボ分子ポンプ起動
シュルツゲージで圧力読み取る→0.215-0.225Paの間を行ったり来たり
→平均自由行程のことを考えると不十分か
→ボウルと磁石（とテープ）の隙間に空気が残存しててなかなか引けないのかも
④ボウルと磁石を取り出して、ただのアルミニウム板を入れてみて光るか試す
ボウルと磁石を入れるよりは真空が引けると思われるのでこれで光らせることができるか試してみた
ロータリーで7Paになったところでターボ分子ポンプ起動
シュルツゲージで圧力が0.120Paまで下がったところでフィラメントと高電圧をON
→フィラメントの電流1.63A、電圧3.34V
→高圧電源を100Vずつ上げていき2900Vまで上げたが結局アルミニウム板は光らなかった
もうしばらく待ってからフィラメントの電流1.48A、電圧2.93V、高圧電源2900Vで
様子を見続けて見たが光は確認できず
最終的にシュルツゲージの表示では圧力は0.0245Paまで下がった
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平均自由行程を考えると電子は数cm以上十分に飛んでいると考えられるのに光らないのは何故か
1.高電圧が足りない？→次は10000Vぐらいの高電圧をかけられる装置を用いる必要があるか
2.オーロラの発光原理を考えると多少なりとも酸素分子（O2）がチェンバー内に存在していた方が良い？
→今の真空状態では真空実験のQ-massでやったことを考えると水素分子やヘリウムは
ターボ分子ポンプでも吸いきれずにチェンバー内に多く残っていたが酸素分子は
あまり残っていなかったような…？気がするので今回の真空状態ではオーロラの
発光のための酸素があまり存在していないのか
→酸素を導入しながら真空を引いていくのは結構難しそう…？
と結構行き詰ってしまった感じです。今のところ次回やってみた方がいいと考えられるのは
より高電圧をかけてみることと、酸素を導入してみることを検討してみる。という感じでしょうか
4月20日(金) 15:00~17:00@理学部３号館207教室
金属片を1cmほどの間隔で設置し一方に高圧、もう一方はチェンバーと接触させ アースさせて
放電が生じるか実験を行なってみました。
ロータリーポンプだけを用いて最初は1-10Pa程まで圧力を下げた状態で電圧を
1.5kVほどまで上げてみましたが放電による発光は見られませんでした。
そこで岩上先生に話を伺ったところ0.1-1torrほどで前は光ったということを 伺ったので
リーク弁から空気を少し入れつつ電圧を上げていったところ
70Pa,500Vだけで放電が起こり発光しました。
見た感じではピンク色っぽい（窒素？）発光と少し緑（酸素？）の発光を確認し ました。
ですが発光の場所は金属片の間が主だったのですがコードのワニ口の付け根の
所でも確認されました。（原因はよくわからなかったです…。）
他の色の発光も見られるか試してみようということで次にHeを入れながら
同じように高圧を与えるとまた発光は見られましたが、色の違いはよくわかりま せんでした。
以上が報告になります。ひとまず発光は見られましたので今後は
酸素をチェンバーに入れてみたらより緑色に見えるかなど見栄えを
良くする方向で取り組んでいきたいと考えています。
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4月25日(水) 13:00~17:00 @理学部3号館207教室
→空気をリークしながら発光させると前回と同じように60Pa,400Vから発光が生じる
→60Pa程に保ち電圧を与えていくとまた400Vから発光が生じた
→空気を入れていった時に比べて発光が起きやすい。空気では不連続にパチパチ発光が起こる感じだが
窒素を入れながらだと空気に比べてよく連続して光る印象
しかし、空気の時に多少見られたような緑っぽい光はほとんど見られない？（より白っぽい感じ）
→同じ圧力・電圧の条件で発光は生じたが全体的に薄い
緑色はあまり見られず白っぽい色がより薄くなった感じ
- 入れる気体による違いを見たので次にボウルでも発光が起こるか見てみた
→チェンバーに直にボウルを置き、ガラス蓋に金属片をテープで貼り付けて電圧を与えることにより
ボウルに向けて放電を生じさせることができるか見てみた
（ボウルはステンレス製で、金属片はアルミ製）
→ボウルと金属片との距離は8cm程で遠すぎるのではと不安に思いながらも試してみたところ
50Pa程に保ちながら電圧を上げていったが1.5kVまで上げても金属片ボウル間で発光は見られなかった
（しかし電圧とgroundを接続するケーブルの付け根（チェンバーの筒の入り口）で発光が見られた）
- ボウルの下に金属板を徐々に積み重ねていくことによりボウルとガラス蓋に設置した金属片との距離を縮めていった
→最終的に前回までと同じほどの距離(1cm程)まで近付けたが結局発光は見られなかった
（チェンバーの入り口の筒での発光は相変わらずだったのでテープで絶縁することを試みたがそれでも発光は収まらず）
- ステンレスが悪いのかボウルに放電が生じやすくなるようなエッジ（尖っている部分）が無いからなのかの
検証はできなかったが、一先ず前回は金属片を横向きに置いて放電させていたが上下に金属片のセットを設置しても
同じような条件で発光が起こるのか試してみることにした。
→ボウルの上にガラス蓋に貼りつけた金属片と同じ金属片を置いてその間で放電が起こるか見てみた
→前回までの横向きに設置した場合と比べて発光が生じにくい。前回は400V程で発光が生じていたが
1kVまで上げてようやく発光が確認できるがそれもごくたまに生じる程度
- 最後にまたボウルを取り除いて前回と同じように横向きに置いてちゃんと発光することを確認したが、確かに発光を生じた
以上が実験の結果。ボウルに対して上に金属片を置いても発光がなかなか生じないのはボウルにエッジがないから
生じにくいと考えられなくもないが、金属片同志を上下に設置した時は横向きに設置した時に比べて条件も設置の向き
以外に変わっていることはないように圧力・電圧を設定したはずなのに発光がなかなか生じない理由がよくわからなかった。
チェンバーの筒のところで発光が生じてしまうのは電圧とgroundを同じ筒の入り口からケーブルで繋いで与えていることから
その距離の近さからどうしても発光が生じてしまう可能性がある
→次回はケーブルを一本ずつ別の筒の入り口から繋いでみる。
半球のボウルだけだとエッジがなくて放電が起こりにくい可能性があるので、どうにかして上手く発光を生じさせて
かつ（ボウルを地球に見立てているという点で）それっぽく見せる必要がありますね。
5月9日(水) 13:00~ @理学部３号館207教室
- 一本のMHV-ケーブルでHVとgroundを繋ぎ直した。使用したものの様子は下の様。
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ケーブルの根元での放電は無くなった。
改めて放電の様子を見てみると金属片の間ではなく金属片とチェンバーの底との間で
放電が生じていた。（HVを与えている金属片の後ろが全体的に光っておりたまにピカピカ発光していた。）
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- チェンバーの中にステンレスボウルを設置し放電が起こるか見てみた。
金属片は前回と同じくガラス蓋にカプトンテープで貼ってボウルの上に固定した。
→前回と同じくボウルと金属片の間で放電は生じなかった。
ボウルではなくボウルの下に土台として置いていたアルミニウムの金属板で発光が生じていた。
→ステンレスでは放電が起こりにくい？アルミニウム同士でないと駄目か？
- ステンレスボウルでは発光が生じにくいのでボウルをアルミホイルで覆うことにした。
→ボウルの上のアルミホイルのしわ寄せになっている部分で発光が生じた。
→やはり金属片との間で放電が生じやすいエッジが必要か。
→ボウルの金属片に近い位置にアルミホイルで円状に山を作り放電を起こりやすくした。
→アルミホイルで作った山と金属片の間で放電を生じた。
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- 金属片とアルミホイルの山の最も近い位置間で放電が生じやすい。
→円状の山全体的に放電が起こるようにしたい。
→頑張って金属片とアルミホイルの山との距離がなるべく等間隔になるように
円状にアルミホイルの山を設置した。
→一箇所だけでなく全体的に放電が広がるような感じにはなった。
しかしまだ雷っぽく放電が生じている感じが否めない。
- 圧力をこれまでずっと70Pa（電圧は400Vから放電が生じていた。）に設定し
放電現象を見ていたが部屋を暗くして圧力を徐々に下げていくとどうなるか見てみた。
空気をリークしつつ放電を見ると20Paほどでチェンバーの中がもやもやと全体的に
光っているような状態になった。（少しオーロラっぽい感じにも見える？）
色はピンク色。この時の電圧は900V
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その後圧力を10Pa程まで下げると白っぽく全体的にちかちかと発光し5Pa程で発光が消滅した。
- ヘリウムを入れながら最初70Paで徐々に圧力を下げていく。
→40Pa程で全体的にもやもやと光り始めた。色は紫色っぽい（少し暗いくて鮮やかな感じはない？）
たまにちかちかと発光が見られた。（写真はその瞬間）
またこの時の電圧は900V
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また下げていくと20Pa程から紫というよりピンク色っぽくなり始め、5Pa程で発光は消えた。
- 酸素を入れながら70Paから圧力を徐々に下げていく。
70Paでのアルミホイルの山との間の放電は弱い（他に比べて細い放電）
→30Pa程でもやもやと光り始める（全体的に薄い。）
→10Pa程で消える。
- 空気を40Paほどに保ちながら放電を起こした時がピンク色にもやもやと光っている感じで
最も見栄えがよく感じた。
- ステンレス製のボウルでは放電が生じにくいことを確認したので今後アルミニウム製の
ボウルに変えてみることを検討。（アルミホイルで覆うなら綺麗な半球でなくてもいいか？）
（ちなみに理学部1号館の地下でアルミニウムの半球を作ってもらうのはどうやら難しい模様。）
- 五月祭も近いのでチェンバーの外を覆う装飾にもそろそろ取り掛かった方が良いと思う。
最終更新：2012年05月09日 22:41
