京都大学ELCAS(エルキャス)

平成27年度以前のレポート

可視化の物理

可視化の物理の2014年12月6日の内容はこちら

実習指導

河合 潤  (工学部/工学研究科 材料工学専攻 教授) 
今宿 普  (同 助教)

チューター

大谷 一誓  (工学研究科 材料工学専攻 修士2年) 
一二三 翔貴  (同 修士1年)

ボランティア

なし

実施場所

吉田キャンパス本部構内物理系校舎732号室

実習内容

氷砂糖と食塩の結晶を、真空中および大気中で破壊し、破壊時にX線および可視光が発生するか、ガイガーカウンター、半導体検出器、デジタルカメラで測定した。実験装置の組み立て、破壊実験もすべて参加した高校生の皆さんに実際に行ってもらい、大学で行っている実験がどういったものなのかを体験してもらった。実験後、実験結果の考察も高校生の皆さんにしてもらった。 また、焦電結晶を用いた小型X線管を用いた実験も行った。実際に目の前で実験を行い、装置を分解して説明をし、氷砂糖、食塩の破壊実験と併せて、どのような仕組なのかを自由に考えてもらった。 実験後、研究室の見学も行った。

実習1
実験装置組み立て中

実習2
実験装置配置中

実習3
破壊実験時



受講生の感想

  • 結晶、それも氷砂糖を砕くとX線が出るというのが言葉の上ではなかなか理解できなかったが、実験でX線が検出されたところをみて、驚きとともにとても興味深く思った。大学における「実験」というものに対し、どうしても大規模、高価なものを使わないとできないもの、というイメージがあった。しかし、今回のように小規模な(私の学校の実験室でもそろえられるか!?)実験においても驚くべき結果を見ることができて、イメージを一新させられた。氷砂糖と食塩の何か物質的な違いが、ガイガーカウンターに於けるX線検出・非検出の差になるというのが面白い。また、見学に於いて、実験機械の多くが自作であるというのを見て、やはり既成の機械だけでなく、その実験の目的に併せて自作した機械も用いるということの重要性をみた。私の学校でも、この実験(そう大規模にできるまいが・・・)を試してみたいと思った.本日はありがとうございました。
  • 氷砂糖がまさか光を出すとは思ってもみませんでした。また、食塩も光を出していたのを見て、もしかしたら結晶はほとんど光を出すのではないかと思いました。しかし、+と-に分かれて窒素分子とぶつかることでエネルギー放出として光が出ると伺い、砂糖がどのような結晶かわからないけれど、食塩はイオン結晶だから+と-に分かれているのではないかと私は考えました。さらに不思議なのは、X線が出るメカニズムです。私が考えたのは、氷砂糖の製作過程で何か特別なものがないっているのではないかということです。食塩はひふみさんが作られたので、混じり気がないけれど、氷砂糖は本来の砂糖の分子とは違うものが入っていて、真空で低圧にすると、その分子がエネルギーを発するのではないかと思いました。流木は燃やすとダイオキシン(オゾン?)が出るという話を聞いたことがあり、理由は知らないのですが、海で流されている途中で木が何かと化合して違う分子になり、それに熱エネルギーを加えると、ダイオキシンが出てくるように、氷砂糖に衝撃を加えるとX線が出てくるのではないかと考えました。今日の実験は簡単でシンプルなのに疑問がたくさん出てくるものでした。このような実験から新しいものを見つけ出すのは地道な努力と、分析が必要だということもわかりました.だからこそ新しい発見は素晴らしいのだと思います.
  • 氷砂糖や、食塩をハンマーで砕く実験では氷砂糖を砕いたときにだけ、X線が発生して、不思議だった。もし本当にX線が発生しているのだとしたら、エネルギー保存則を満たさない、ということで興味深かった。また、食塩は、砕いたときに氷砂糖を砕いたときと同じような光を発するのに、X線は発生しないということで、X線発生の原理や光が発生する仕組みがあまり理解できないままだったけれども、氷砂糖や、水晶といった砕くとX線を発するものと、食塩のようにX線を発しないものの区別ができるようになると面白いと思った。今回学んだことは、実験は単純作業の連続で、強い意志・信念がないと成功しないということ.そして、時には遊びの実験をやってみると、新しい発見ができるかもしれないということでした。研究室見学では、自作の実験器具が多々あり、驚いた。
  • 氷砂糖をハンマーでたたくとX線が出る、という実験をさせていただきました。同じような実験を何度も繰り返すのは忍耐力が必要だなと感じました。実験については、真空中と大気中の2パターンをして、真空中ではX線が出ました。大気中では、出たかもしれない、というぐらいの反応だったので、もっと詳しく調べることも必要で、それが新しい発見になるかもしれないと学びました。X線は目で見ることができないけれど、音で聴いたり、電気信号にして目で見たりと感じることができました。砂糖ではなく塩を使って実験すると結果が違いました。ハンマーでたたいたとき、砂糖の方が塩よりもはっきりと色が出たこと、塩ではX線が出なかったこと、完全な真空中ではなく、ゆるい真空中でX線が出たことなど、疑問に思うことが多かったです。実験器具や、実験に使う材料を手作りしておられたので、そこから作るんだと驚きました。もっと深く考えてみたいです。
  • 今回の実験では普段周りにあるようなものを使う実験だったので、驚いた。身の回りにあるものから新しいことを発見するのは難しいけれど、そういうことを発見すると達成感も喜びも大きいのだと想像すると自分でも発見できてしまうのではないかと思ってしまう。しかし、今回の実験で氷砂糖からX線が出ていると分かったのは昔の文献をもとに推測したことからわかったのであって、自ら1から考えたわけではない。新しい発見は遊び心から生まれるとよく聞くのだが、それも大体が知識があるから新しい発見になるのであって、無知がそれをすると、ただの遊びになってしまう。だから、発見というのは昔からの積み重ねだと思うので知識を増やしていきたいと今回の体験学習コースを終えて思った。そして、座学と違って身をもって体験するので、とても楽しいものだった。
  • 楽しみにしていた後期が始まり、とてもわくわくした気持ちでいっぱいです。前期の講義は申し訳ないのですが半分以上理解することができず、ただただ好奇心と不思議心に任せていました。とてもおもしろく興味深いお話ばかりだったのですが、やはりこんな調子で後期についていけるだろうかと少々不安にも感じていました。前置きはさておき、今日は氷砂糖を真空中でハンマーによって割るとX線が出るという実験をしました。まず最初に驚いたのは実験装置が結構自作だよ、というのが多かったことです。私の高校はお金がなくて実験器具があまり備わっておらず自作しようと試みるもうまくいかず・・・ということがあったので(部活動で実験をしています)半ばあきらめかけていたけれど、なんだか希望が湧いてきました。今回の実験は、まだわかっていないことが多いというもので、とても本当の実験に関わっている感じがしてわくわくしました。失敗は成功のもととはよく言ったもので、「新発見だ」なんて場面もあり、楽しかったです。大学の研究室ってこんな感じなのかなと、すごくうらやましくなりました。それと、なんでX線が出るのか、なぜNaClではでない(たぶん)のか、それとも出るのか、光の色はなんで青なのかなど、わからないことを考えるのがとても面白いと感じました(未知のことともあって)。それでもやっぱり説明が理解しきれていないことをどうにかしたいと思いつつ、次回がいっそう楽しみです。
  • 学校ではまだ習っていないことが多くて難しかったけど、説明がわかりやすかったです。京都大学でどんな実験をしているのかということを京都大学の大学院生の方と実際に実験をしてみて知れたのがよかったです。実験室を見させてもらったり、京都大学の学生が自分たちの部屋でどんなことをしているのか、ということも聞かせてもらってとても楽しかったです。実際に実験をやって教授たちの予想とは違う結果が出たときに教授が実験結果をそのまま受け止めることが大切。予想とは違う結果になった方がすごい発見ができるかもしれない。といったことがすごく印象に残りました。高校で自分たちで実験をしているのですが、その時の実験結果を大切にして、なぜそうなるかということをちゃんと考えていきたいです。
  • 氷砂糖を真空中でハンマーでたたき割ると、X線が出ると聞いたときは不思議だなと思っていました。また、なぜ氷砂糖に注目しているのか疑問に思いました。しかし、実際に実験をし、お話を聞いて、よくわかりました。1615年にフランシス・ベーコンさんが氷砂糖を切ると光る、ということを発見したそうです。その古い文献から氷砂糖に興味を持ち、研究し始めたといわれていました。しかし、それ以外に研究室の研究を寄り道してもいいから気になる興味のあることをするという雰囲気を感じることができました。この雰囲気が大発見につながったのだなと感じました。また、考えている理論では空気中で割ってもX線は出ないそうですが、今回の実験ではまだはっきりとわかっていませんが、空気中でもX線が出ました。その時、「新発見かもしれない」と言われていたのが印象的でした。実際にこの研究はまだわかっていないことが多くあるそうです。今回、実験し、考察することによってわからないことを研究する面白さを感じました。これから、答えを出すことができるかわかりませんが、考えることを諦めないで行こうと思います。また、大きな視点から新しい大発見をするように、日頃から意識を持っていこうと思います。
  • 最初から緊張し続けていた。ELCASの前期のときから周囲の頭の良さに驚き、前回の合宿の時にやっと慣れてきて、それからの後期の研究室に行くというのでまた緊張した。しかし、そうなりながらもずっと楽しかったので、前期の講義の楽しさとはまた別の、実験をやって直接体験することの楽しさがよかった。普段よく見る、といっても梅ジュースを作るときぐらいだが、市販の砂糖氷をハンマーで割るだけで、青い光を発しX線まで出すという。これには驚いた。先生方は真空中でのみX線は出ると考えていたらしいが、大気中でも出たので先生方は驚いていて、こんな何気ないところからでも新発見はあるのだと思った。NaClの結晶は先生方の考え通りX線は出なかったが、それはNaClは砂糖と違いイオン結合していることに関係があるのかと思った。また、砂糖では青色になりX線も検出されて、青色より短い波長の光が出ているのだろうと思ったが、どのくらい短い光まで出せるのだろうかと思った。ハンマーが結晶にあたる角度、強さ、結晶の量を変えても面白そうだ。

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