JP2004317686A - Cloud chamber for radiation observation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば学校教育、博物館等での社会教育において手軽に自然放射線の飛跡を観察するための放射線観察用霧箱に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、宇宙や大地から放出される無数の自然放射線を観察するために霧箱が用いられる。この種の霧箱としては、以下に示すものが知られている(例えば非特許文献1参照)。すなわち、略四角板状のドライアイスの上面に観察槽本体が載置され、該観察槽本体の側壁の内面上部には液状のアルコールが多量に含有された布が添着されているタイプのものである。
【0003】
この布に含有された液状のアルコールは時間の経過に伴って蒸発し、観察槽本体の内部上域の雰囲気はアルコール蒸気でほぼ飽和状態となる。そして、そのアルコール蒸気は飽和状態のまま観察槽本体の内部下域へ降下する。観察槽本体の内部下域はドライアイスによる冷却により低温状態となっているため、観察槽本体内の温度差により、内部下域においてアルコール蒸気の過飽和領域が形成される。そして、この過飽和領域への自然放射線の入射により、同自然放射線の通路に沿ってアルコール蒸気が液化するとともに、霧滴が発生し、この霧滴が自然放射線の飛跡となって観察される。
【0004】
【非特許文献1】
工学院大学高等学校研究紀要 1980 第22号 p6〜11
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の霧箱では観察槽本体の底面が平坦であることから、ドライアイスの上面に凹凸部が存在する場合には、観察槽本体の底面においてドライアイスに接する部分と接しない部分とが生じる。すなわち、ドライアイスに接しない部分に位置する底面は、外部から伝達される熱により十分に冷却されないことから、底面に霜又は氷が付着する。従って、観察槽本体の底面が冷却され難く、冷却効率が低下するという問題があった。
【0006】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、観察槽本体の底部の冷却効率を向上させることができる放射線観察用霧箱を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の放射線観察用霧箱は、有底箱状をなす観察槽本体の内部には飛跡観察用溶媒が封入され、上部には飛跡観察用溶媒の蒸気を発生させるための加熱手段が設けられるとともに、下部には観察槽本体の底部を冷却するドライアイスが設けられ、観察槽本体の外周には同観察槽本体内を照射する光源が備えられ、観察槽本体内においてその上域と下域との間の温度差を利用して飛跡観察用溶媒の蒸気の過飽和領域を形成し、放射線の飛跡を観察する放射線観察用霧箱であって、前記観察槽本体の底部には複数の突起が設けられ、各突起がドライアイスに食い込むことにより、同ドライアイスから各突起への伝熱作用により前記底部が冷却されるように構成されていることを特徴とするものである。
【0008】
請求項2に記載の発明の放射線観察用霧箱は、請求項1に記載の発明において、観察槽本体の底部及び各突起は熱伝導性に優れた金属により構成されていることを特徴とするものである。
【0009】
請求項3に記載の発明の放射線観察用霧箱は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記突起の外面には凹凸部が設けられ、各突起がドライアイスに食い込む際には、ドライアイスに対する突起の伝熱面積が増大するように構成されていることを特徴とするものである。
【0010】
請求項4に記載の発明の放射線観察用霧箱は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記突起は観察槽本体の底部の全部分に亘って均等に設けられていることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、放射線観察用霧箱11は観察槽本体12と、該観察槽本体12を支持する観察槽本体収容箱13等とにより構成されている。
【0012】
まず、観察槽本体収容箱13について説明する。観察槽本体収容箱13は合成樹脂により、上端に開口部を有する有底四角箱状に形成されている。観察槽本体収容箱13の上部内面より内方へ突出する突出片13aより下方位置にはポリスチレン発泡体よりなる断熱層14が設けられている。この断熱層14の内底部には四角板状のドライアイス15が載置されている。
【0013】
また、観察槽本体収容箱13の開口端面には断面逆L字状をなす収容片13bがその四方に亘って突設され、該収容片13bと前記突出片13aとの間の空間には光源としての白色発光ダイオード16が収容されている。観察槽本体収容箱13の底部の四隅にはそれぞれ凹所13cが設けられ、各凹所13cには金属製の雌ねじ部材17が取り付けられている。そして、各雌ねじ部材17には位置調整用雄ねじ18が螺合され、これらの位置調整用雄ねじ18によって観察槽本体収容箱13の上下方向の位置調整ができるようになっている。
【0014】
次に、観察槽本体12について説明する。観察槽本体12は上端に開口部を有し、周壁がポリカーボネート等の透明な合成樹脂からなるとともに、底部には熱伝導性に優れたアルミニウム製の底板22が取り付けられた有底四角箱状に形成されている。同観察槽本体12は前記ドライアイス15の上面に載置され、底板22の全部分がドライアイス15に接している。図2及び図3に示すように、観察槽本体12の底板22にはねじ孔としての複数の雌ねじ孔22aが格子状に均等に螺設され、各雌ねじ孔22aには突起としての熱伝導性に優れたステンレス鋼製の伝熱用雄ねじ23が螺合されている。
【0015】
この伝熱用雄ねじ23は円柱状をなし、その先端面には図示しない六角穴が凹設されている。また、伝熱用雄ねじ23の外周面にはねじ山とねじ溝とによる凹凸部23aが螺刻されている。この伝熱用雄ねじ23の六角穴に六角レンチの先端部を嵌合して回動することにより、伝熱用雄ねじ23の基端部が観察槽本体12の底板22の雌ねじ孔22aに螺合されるようになっている。そして、放射線観察用霧箱11の使用状態では、伝熱用雄ねじ23の先端部が前記ドライアイス15に食い込むようになっている。
【0016】
観察槽本体12の周壁の上端面には飛跡観察用溶媒としてのエチルアルコール26が貯留される貯留溝27が凹設されている。そして、各貯留溝27には加熱手段としてのニクロム線28が収容され、このニクロム線28への通電による発熱によりエチルアルコール26が蒸発されるようになっている。また、観察槽本体12の右側壁の上部には支持孔29が透設され、該支持孔29には温度センサ30が挿通支持されている。
【0017】
観察槽本体12の上端開口面には四角板状をなす蓋部材20が載置され、同蓋部材20により観察槽本体12が密閉されるようになっている。蓋部材20は一対のガラス板19とそれらの間に挟着された加熱手段としての導電性フィルムからなるヒータ21とにより構成され、該ヒータ21は通電により発熱するようになっている。また、ヒータ21と底板22との間には雑イオン除去用電圧がかけられ、観察槽本体12内の雑イオンが除去されるようになっている。
【0018】
次に、前記放射線観察用霧箱11の作用について以下に記載する。
さて、放射線観察用霧箱11を用いて放射線の飛跡を観察するには、まず観察槽本体収容箱13の断熱層14の内底部にドライアイス15を載置する。次いで、観察槽本体12をドライアイス15の上面に載せ、各伝熱用雄ねじ23の先端部をドライアイス15に食い込ませる。続いて、貯留溝27にエチルアルコール26を貯留させた後、蓋部材20を観察槽本体12の上端開口面に被せ、同観察槽本体12内を密閉する。
【0019】
次に、ニクロム線28に通電し、同ニクロム線28を発熱させ、エチルアルコール26を加熱する。このとき、観察槽本体12内の上域の雰囲気はエチルアルコール蒸気でほぼ飽和状態となる。加えて、前記ヒータ21にも通電し、同ヒータ21を発熱させることにより、観察槽本体12内の上域の温度が20℃になるように暖められる。その際、ヒータ21に流れる電流は前記温度センサ30の出力に基づいて制御され、観察槽本体12内の上域の温度が20℃に保持されるようになっている。
【0020】
また、蓋部材20により観察槽本体12内は密閉され、空気の流動が抑制されているため、エチルアルコール蒸気は飽和状態のまま観察槽本体12内の下域へ降下する。
【0021】
一方、観察槽本体12の底部においては、各伝熱用雄ねじ23の先端部がドライアイス15に食い込み、その凹凸部23aがドライアイス15に接触することにより、伝熱用雄ねじ23の先端部外周面とドライアイス15との接触面積が増大する。そして、同ドライアイス15に対する伝熱用雄ねじ23の先端部の伝熱面積が増大し、各伝熱用雄ねじ23はドライアイス15からの伝熱作用により該ドライアイス15とほぼ同一の温度まで冷却される。それと同時に、各伝熱用雄ねじ23からの伝熱作用により観察槽本体12の底板22が、伝熱用雄ねじ23とほぼ同一の温度まで冷却される。このとき、伝熱用雄ねじ23は底板22の全体に亘って格子状に設けられているため、底板22の温度分布が均一になり、底板22が全体に亘って均等に冷却される。その結果、観察槽本体12の底板22の冷却に伴って観察槽本体12内の下域は約−50℃まで冷却され、その状態が維持される。
【0022】
観察槽本体12内の下域へ降下したエチルアルコール蒸気は冷却され、図4に示すように、同観察槽本体12内の下域においてエチルアルコール蒸気による過飽和領域31が形成される。この過飽和領域31を放射線32が通過した際には、過飽和領域31のエチルアルコール蒸気が液化し、これに伴って、放射線32に沿ってエチルアルコール26の霧滴33が発生する。そして、この霧滴33が放射線32の飛跡となって観察される。
【0023】
このとき、観察槽本体12内には雑イオン除去用電圧がかけられ、雑イオンが取り除かれているため、放射線32の飛跡が鮮明に観察される。また、白色発光ダイオード16により観察槽本体12内の下域が照射されているため、より鮮明な放射線32の飛跡が観察される。なお、時間の経過とともにドライアイス15が昇華していく際にも、観察槽本体12の底板22が観察槽本体12の重力によりドライアイス15の上面に当接した状態が維持される。このため、観察槽本体12内の下域の冷却が長時間に亘って持続される。
【0024】
前記の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 上記観察槽本体12の底板22にはその全体に亘って複数の伝熱用雄ねじ23が設けられ、放射線32の飛跡を観察する際には各伝熱用雄ねじ23の先端部がドライアイス15に食い込むようになっている。このとき、各伝熱用雄ねじ23はドライアイス15により直接冷却され、冷却された各伝熱用雄ねじ23から底板22への伝熱作用により底板22が広範囲に亘って冷却される。すなわち、上記放射線観察用霧箱11の使用状態では、底板22が空気から取り込む熱よりもドライアイス15によって奪われる熱の方が著しく大きくなる。
【0025】
このため、観察槽本体12の底部に霜又は氷が付着して冷却効率が低下する従来構成と比べて、観察槽本体12の底板22への霜又は氷の付着が抑制され、観察槽本体12内の下域の冷却効率を向上させることができる。
【0026】
・ また、上記放射線観察用霧箱11には熱伝導性に優れたアルミニウム製の底板22及びステンレス鋼製の伝熱用雄ねじ23が用いられている。このため、ドライアイス15の冷熱が伝熱用雄ねじ23を経て底板22へ速やかに伝導される。従って、観察槽本体12内の下域の冷却効率をさらに向上させることができる。また、長期に亘って放射線観察用霧箱11を使用する際にも、伝熱用雄ねじ23へのさびの付着を抑制することができる。
【0027】
・ さらに、各伝熱用雄ねじ23の外面には凹凸部23aが設けられ、この凹凸部23aがドライアイス15に接触するようになっている。すなわち、伝熱用雄ねじ23の先端部とドライアイス15との接触面積が増大し、同ドライアイス15に対する伝熱用雄ねじ23の先端部の伝熱面積が増大する。このため、ドライアイス15から伝熱用雄ねじ23への伝熱効果を向上させることができる。
【0028】
・ 加えて、伝熱用雄ねじ23は観察槽本体12の底板22全体に亘って格子状に均等に設けられている。すなわち、観察槽本体12の底板22は、ドライアイス15の冷熱の伝達により冷却された各伝熱用雄ねじ23との接触部分から順次冷却され、その結果、底板22の温度分布が均一になる。このため、観察槽本体12の底板22が全体に亘って均一に冷却され、これに伴って、観察槽本体12内の下域を均一に冷却することができる。
【0029】
・ 各伝熱用雄ねじ23はその基端部が観察槽本体12の底板22内に位置した状態で雌ねじ孔22aに螺合されている。すなわち、伝熱用雄ねじ23の一部が底板22から突出することなく、該底板22が平坦に構成されている。このため、観察者が観察槽本体12の上方から放射線32の飛跡を観察する際には、障害となる突出物がない底板22を背景に飛跡が観察され、鮮明な放射線32の飛跡を観察することができる。
【0030】
・ 観察槽本体12の外周には複数の白色発光ダイオード16が設置され、放射線32の飛跡を観察する際には、白色発光ダイオード16により観察槽本体12内の下域が照射されるようになっている。すなわち、白色発光ダイオード16によりエチルアルコール26の霧滴33が照射されるため、より鮮明な放射線32の飛跡を観察することができる。
【0031】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 突起を観察槽本体12の底板22に一体形成してもよい。すなわち、観察槽本体12の底板22には、その全体に亘って均等に断面逆三角状の突起が設けられる。
【0032】
・ 突起を釘部材等に変更してもよい。
・ 突起をアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属により構成してもよい。
・ 飛跡観察用溶媒をメチルアルコール等の他のアルコール類に変更してもよい。
【0033】
・ 底板22をステンレス鋼等により構成してもよい。
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記観察槽本体の底部外面には複数のねじ孔が螺設され、該ねじ孔に突起としての雄ねじが螺合されるように構成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の放射線観察用霧箱。
【0034】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、次のような効果を奏する。
請求項1に記載の発明の放射線観察用霧箱によれば、観察槽本体の底部の冷却効率を向上させることができる。
【0035】
請求項2に記載の発明の放射線観察用霧箱によれば、請求項1に記載の発明の効果を向上させることができる。
請求項3に記載の発明の放射線観察用霧箱によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の効果に加えて、ドライアイスから突起への伝熱効果を向上させることができる。
【0036】
請求項4に記載の発明の放射線観察用霧箱によれば、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、観察槽本体の底部を均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の放射線観察用霧箱を示す側断面図。
【図2】放射線観察用霧箱の観察槽本体の底板を示す部分拡大断面図。
【図3】図1の3−3線における断面図。
【図4】放射線の飛跡を観察する際の概略説明図。
【符号の説明】
11…放射線観察用霧箱、12…観察槽本体、15…ドライアイス、16…光源としての白色発光ダイオード、21…加熱手段としてのヒータ、22…底部を構成する底板、23…突起としての伝熱用雄ねじ、23a…凹凸部、26…飛跡観察用溶媒としてのエチルアルコール、28…加熱手段としてのニクロム線、31…過飽和領域、32…放射線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation observation fog box for easily observing tracks of natural radiation in, for example, school education and social education in museums and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a cloud box is used to observe a myriad of natural radiations emitted from space and the earth. The following are known as this type of fog box (for example, see Non-Patent Document 1). That is, the observation tank main body is placed on the upper surface of the substantially square plate-shaped dry ice, and a cloth containing a large amount of liquid alcohol is attached to the upper inner surface of the side wall of the observation tank main body. is there.
[0003]
The liquid alcohol contained in the cloth evaporates with the passage of time, and the atmosphere in the upper region of the observation tank main body becomes substantially saturated with alcohol vapor. Then, the alcohol vapor drops to the lower region inside the observation tank main body in a saturated state. Since the inside lower region of the observation tank main body is in a low temperature state by cooling with dry ice, a supersaturated region of alcohol vapor is formed in the lower inside region due to the temperature difference in the observation tank main body. When the natural radiation enters the supersaturated region, alcohol vapor is liquefied along the path of the natural radiation, and mist droplets are generated. The mist droplets are observed as tracks of natural radiation.
[0004]
[Non-patent document 1]
Bulletin of Kogakuin University High School 1980 No.22 p6-11
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the bottom surface of the observation tank main body is flat in the above-described conventional fog box, if there is an uneven portion on the upper surface of the dry ice, the portion of the bottom surface of the observation tank main body that does not contact the dry ice and the portion that does not contact the dry ice. Occurs. That is, since the bottom surface located in a portion not in contact with the dry ice is not sufficiently cooled by heat transmitted from the outside, frost or ice adheres to the bottom surface. Therefore, there is a problem that the bottom surface of the observation tank main body is hardly cooled, and the cooling efficiency is reduced.
[0006]
The present invention has been made by paying attention to such problems existing in the related art. It is an object of the present invention to provide a radiation observation fog box that can improve the cooling efficiency of the bottom of the observation tank body.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the fog box for radiation observation according to the first aspect of the present invention, a solvent for track observation is sealed inside an observation tank main body having a bottomed box shape, and a track observation is provided on an upper part. A heating means for generating a vapor of the solvent for use is provided, a dry ice for cooling a bottom of the observation tank body is provided at a lower portion, and a light source for irradiating the inside of the observation tank body is provided on an outer periphery of the observation tank body. A radiation observation fog box for observing radiation traces by forming a supersaturated region of the vapor for the trace observation solvent using the temperature difference between the upper region and the lower region in the observation tank body. A plurality of projections are provided on the bottom of the observation tank main body, and each projection cuts into dry ice, so that the bottom is cooled by a heat transfer action from the dry ice to each projection. Is characterized by .
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the fog box for radiation observation according to the first aspect of the present invention, the bottom of the observation tank main body and each projection are made of a metal having excellent thermal conductivity. Things.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the radiation observation fog box according to the first or second aspect, wherein the projections are provided with an uneven portion on an outer surface thereof. , Characterized in that the heat transfer area of the projection with respect to dry ice is increased.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the radiation observation fog box according to any one of the first to third aspects, the projections are provided evenly over the entire bottom portion of the observation tank body. It is characterized by being carried out.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the radiation
[0012]
First, the observation tank main
[0013]
Further, on the open end surface of the observation tank main
[0014]
Next, the
[0015]
The
[0016]
On the upper end surface of the peripheral wall of the observation tank
[0017]
A rectangular plate-shaped
[0018]
Next, the operation of the radiation
Now, in order to observe the trace of radiation using the radiation
[0019]
Next, a current is applied to the
[0020]
Further, since the inside of the observation tank
[0021]
On the other hand, at the bottom of the observation tank
[0022]
The ethyl alcohol vapor that has descended to the lower region in the observation tank
[0023]
At this time, a voltage for removing miscellaneous ions is applied to the inside of the
[0024]
The effects exerted by the above embodiment will be described below.
The
[0025]
For this reason, compared to the conventional configuration in which frost or ice adheres to the bottom of the
[0026]
In addition, the radiation
[0027]
Further, an
[0028]
In addition, the heat
[0029]
The
[0030]
A plurality of white
[0031]
This embodiment can be embodied with the following modifications.
The projection may be formed integrally with the
[0032]
-The protrusion may be changed to a nail member or the like.
The protrusion may be made of a metal having excellent thermal conductivity such as aluminum.
The track observation solvent may be changed to another alcohol such as methyl alcohol.
[0033]
The
Further, technical ideas that can be grasped from the embodiment will be described below.
4. The apparatus according to claim 1, wherein a plurality of screw holes are screwed on a bottom outer surface of the observation tank main body, and a male screw as a protrusion is screwed into the screw hole. 5. Fog box for radiation observation described in 4.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
According to the fog box for radiation observation of the first aspect of the invention, the cooling efficiency of the bottom of the observation tank main body can be improved.
[0035]
According to the radiation observation fog box of the second aspect, the effect of the first aspect can be improved.
According to the fog box for radiation observation of the third aspect, in addition to the effect of the first or second aspect, the effect of heat transfer from the dry ice to the projections can be improved.
[0036]
According to the radiation observation fog box of the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 3, the bottom of the observation tank main body is uniformly cooled. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a radiation observation fog box according to an embodiment.
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a bottom plate of an observation tank main body of the radiation observation fog box.
FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic explanatory view when observing a track of radiation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記観察槽本体の底部には複数の突起が設けられ、各突起がドライアイスに食い込むことにより、同ドライアイスから各突起への伝熱作用により前記底部が冷却されるように構成されていることを特徴とする放射線観察用霧箱。A solvent for track observation is sealed inside the observation tank main body having a bottomed box shape, a heating means for generating vapor of the track observation solvent is provided at an upper part, and a bottom part of the observation tank main body is provided at a lower part. Is provided, and a light source for irradiating the inside of the observation tank body is provided on the outer periphery of the observation tank body, and a temperature difference between an upper region and a lower region thereof is used in the observation tank body. A radiation observation fog chamber for forming a supersaturated region of the vapor of the solvent for track observation and observing the track of radiation,
A plurality of projections are provided on the bottom of the observation tank main body, and the projections are configured to bite into dry ice, so that the bottom is cooled by a heat transfer action from the dry ice to each projection. A fog box for radiation observation characterized by the following.
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