大阪公立大学 研究推進機構 放射線研究センター
秋吉 優史 研究教育紹介サイト
Last update 2023/05/23
放射線教育用の教材として、ペルチェ冷却式の高性能霧箱の開発を行っています。 バージョンアップを重ねることで極めて高性能な製品となっており、 一般的に観察可能なα線だけでなく、β線、さらにはγ線やクルックス管などからの X線の観察も可能な唯一無二の製品です。
一度アルコールを補給すると丸一日何も補給せずに観察し続けることが出来る、 長時間運転が可能ですので、科学館やイベントなどでの展示にも適しております。 また、中高の教育現場への普及を目指して極めて安価に提供しており、 複数ユニットを並べての比較も容易です。
放射線の観察だけでなく、ペルチェ素子を用いた熱の輸送やエネルギー変換などの 学習指導要領に準拠したエネルギー教育に活用することも出来ます。
できる限り多くの全国の放射線教育を行っていただく先生方の手に届けるため、 極限までコストをカットし、一般の理化学機器として取り扱われているペルチェ冷却式霧箱の 1/10 程度の金額を目指しているため、手作り感あふれる見た目なのは、ご容赦願います。
現在販売中のペルチェ冷却式高性能霧箱-SD-III期型 本体
α線とβ線の飛跡の比較
β線の飛跡（高エネルギーγ線からの光電子も同じ見た目です）
クルックス管からの低エネルギーX線による光電子の飛跡
霧箱による放射線の観察は目で見て直感的に放射線の存在を知ることが出来るため、教育的効果が大変大きく、様々な教育者により改良が成されて来ました。
現在、-20℃以下の低温をドライアイスの準備無しにいつでも確実に得る手段として、ペルチェ素子を使用し、コッククロフト・ウォルトン回路を用いた高電圧により雑イオン除去を行う高性能霧箱の製作と、それを利用した放射線教育プログラムを提唱しています。
最大の特徴は確実に長時間安定してクリアな飛跡の観察が可能であるという点で、一般的な霧箱でのα線の飛跡の観察に加えて、β線の飛跡、さらにはγ線により弾き出された光電子線の観察も可能です。 これにより、放射線の種類による物質との相互作用の違いを直感的に学習することが出来るため、ただ単に飛んでいるのが見えた、に留まらない奥が深い放射線の世界を学習することが可能となります。 （何故たった 20Bq の Po-210 からの被曝量が 800μSv/y にもなるのに、 4000Bq の K-40 は 170μSv/y にしかならないのか、など） さらに、クルックス管などのX線源からのX線による光電子も観察可能で、放射線の本質が電子を弾き飛ばす「電離」である事も直感的に理解可能です。
今回提唱するのは市販のペルチェ素子と、パソコン用の高性能CPUクーラー、100円均一ショップなどで売られているパーツなど民生品を活用したもので、安価で高性能な霧箱を容易に作成可能ですので、全国の教育者による放射線教育に活用可能です。また、このペルチェ冷却霧箱には、ペルチェ素子による熱輸送、熱電対による温度測定、ヒートパイプや熱伝導グリースを含めた物質の熱伝導、蒸気圧と過飽和・核生成、電離とイオン化、電気工作などの要素に加えて、雑イオン除去のための静電気発生、高電圧発生装置による加速器工学の基礎など、極めて多様な工学的要素を含んでいるため、放射線安全教育を中心とした、対象とレベルの異なる教育現場での教育プログラムが開発可能です。
作成法を含めた要素技術は、以下の技術報告に於いて公開しています。
秋吉 優史, 日本放射線安全管理学会誌, 16 (2017) 79-84.
さらに、12cmファンを使用した大型の高性能CPUクーラーを利用して、観察面積を6cm角にまで拡大（従来型やSD型では4cm角）し、大型円筒形チャンバーによってアルコール蒸気の供給力の向上と、大勢での観察を可能とした、ペルチェ霧箱-EX型を開発しています。
より製品の完成度を高め、放射線教育ツールとして提供できるよう、 出来る限り多くの教育・研究者の参加を期待します。 また、ユーザー間の情報共有のためのメーリングリスト「くらちゃん」を運営しております。 全国の放射線教育者の間で活発な情報交換が行われており、 霧箱活用、改良のアイデアなども次々に提案されております。 是非御加入よろしくお願い致します。
製品の提供に関しては、学外サーバに置いた別ページにて情報提供致します。
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秋吉式 ペルチェ冷却式高性能霧箱の提供について
製品の提供についてご不明な点は supackey@gmail.com までご相談ください。
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New! (Last Update 2023/05/23) |
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SD型、EX 型共にバージョンアップしました!SD 型ではこれまでサイドフロー型の CPUクーラーを使用していましたが、トップフロー型 CPUクーラーを再度入手可能となったことから、SD 型以前のような形に戻しました。形状は昔の物ですが、リテンションパーツはこれまでの SD 型同様で、安定してペルチェ素子にテンションをかけることが出来、確実な冷却性能を発揮します。 さらに、トップフローとなったことにより素子周辺にはヒートシンクからの温風が吹き付けられ、液体として凝集したエタノールを再度蒸発させ、蒸気圧向上と長時間駆動が可能となります。これに伴いベースユニットの形状も変更し、ベースユニット上に溜まった液体のエタノールが流れ落ちることがないようになっています。同時にチャンバーの密閉度も向上させています。高電圧電極も天板設置から側面に移したため、真上からの観察も可能となりました。 EX 型は冷却面を拡大しているため、トップフローの温風が来ると冷却性能が大幅に下がると予想されているため、サイドフローの CPU クーラーのままですが、9cm ファンの製品を使用し、コンパクト化を図ると共に設置時の安定性を向上させました（倒れにくくなっています）。リテンションも SD型と同じ物となり、冷却性能の向上と共に輸送時の破損が起こりにくくなっています。また、側面照射 LED の上面に遮光板を設置することで、観察者の目に直接入るまぶしい光を低減しています。さらに、大型のチャンバー中の雑イオンを速やかに除去するために、高電圧電源のコッククロフト回路の段数を倍にして印加電圧を2倍にしました。 途中細かいバージョンアップを挟んでいますので、現行の最新型をそれぞれ SD-III期型、EX-III期型とします（カタログなどでは SD型、EX型とだけ記載しています）。 なお、大変申し訳有りませんが、大幅なパーツコストの上昇及び歩留まりの低下、サポートコストの上昇のため、4年ぶりに価格改定をさせて頂きます。何卒ご了承願います。新料金は 2023/5/24 出荷分から適用となります。
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(Last Update 2019/09/04) |
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観察面積拡大型のEX型の量産化に成功しました!
従来使用していたトップフロー型 CPUクーラー（サイズ 手裏剣 Rev.B）の販売終了に伴い、 サイドフロー型のCPUクーラー（Snowman m-X2）を使用した製品開発を 2019年初めから行ってきました。 この度、安定供給可能な製品を使用して従来以上の冷却性能を達成し、量産にこぎ着けました。 また、観察面積を拡大した EX 型は、LED を側面照射型として配線の省力化、 側面視界の向上、さらに観察効率の大幅な向上を達成致しました。 従来の製品とは一線を画した、新世代の製品となりました。
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（2023/05/23版）
「現場に届く放射線教育コンテンツ支援プロジェクト」
秋吉 優史, ESI News, 35, 121-132 (2017).
秋吉 優史, 安藤 太一, 奥野 泰希, 松浦 寛人, 第５回放射線教育に関する国際シンポジウム(ISRE2016) 論文集, 54-62 (2017).
「現場に届く放射線教育コンテンツ支援プロジェクト」
秋吉 優史, 日本放射線安全管理学会誌, 16 (2017) 72-78.
秋吉 優史, 日本放射線安全管理学会誌, 16 (2017) 79-84.
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問い合わせ：e-mail: akiyoshi-masafumi [at] omu.ac.jp （[at] を@に置き換えて下さい）
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