JP7385329B1 - cloud chamber - Google Patents

cloud chamber Download PDF

Info

Publication number
JP7385329B1
JP7385329B1 JP2023108500A JP2023108500A JP7385329B1 JP 7385329 B1 JP7385329 B1 JP 7385329B1 JP 2023108500 A JP2023108500 A JP 2023108500A JP 2023108500 A JP2023108500 A JP 2023108500A JP 7385329 B1 JP7385329 B1 JP 7385329B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling plate
ethanol
observation box
cloud chamber
observation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023108500A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
洋伸 小野
洋 遠藤
良治 東石
Original Assignee
株式会社関東技研
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社関東技研 filed Critical 株式会社関東技研
Priority to JP2023108500A priority Critical patent/JP7385329B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7385329B1 publication Critical patent/JP7385329B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

【課題】霧箱の容積を増やし、過飽和蒸気層を厚くして自然放射線の飛跡を観測しやすくした可搬型の霧箱を提供する。【解決手段】エタノールの過飽和蒸気層を通過する放射線の飛跡を観察するための霧箱であって、上面を観察窓のある蓋で塞いだ観察箱と、前記観察箱内に入れたエタノールを蒸発させて過飽和蒸気層を形成するための蒸気発生手段と、前記観察箱内の上部を温めるために前記観察窓に設けた発熱ガラスと、前記観察箱内の下部を冷やして温度勾配を作るために配置した冷却プレートと、前記冷却プレートの下面に吸熱部を当接させた冷凍機と、を有し、前記冷凍機の吸熱部を被覆するように前記冷却プレートの中央を下方に突出させた、ことを特徴とする。【選択図】図1[Problem] To provide a portable cloud chamber whose volume is increased and the layer of supersaturated vapor is thickened to make it easier to observe the tracks of natural radiation. [Solution] A cloud chamber for observing the trajectory of radiation passing through a supersaturated vapor layer of ethanol, which includes an observation box whose top surface is covered with a lid with an observation window, and evaporates the ethanol contained in the observation box. a steam generating means for forming a supersaturated vapor layer by heating the observation box; a heat-generating glass provided in the observation window for heating the upper part of the observation box; and a heat generating glass for cooling the lower part of the observation box to create a temperature gradient. and a refrigerator having a heat absorption part in contact with a lower surface of the cooling plate, the center of the cooling plate protruding downward so as to cover the heat absorption part of the refrigerator, It is characterized by [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、霧箱の容積を増やし、過飽和蒸気層を厚くして自然放射線の飛跡を観測しやすくした可搬型の霧箱に関する。 The present invention relates to a portable cloud chamber that has an increased capacity and a thicker layer of supersaturated vapor to make it easier to observe the tracks of natural radiation.

霧箱は、蒸気の凝結作用を用いて荷電粒子の飛跡を可視化するための装置である。霧箱の上部でアルコール等の液体を温めて蒸発させ、霧箱の下部を冷却して温度勾配を作ることにより過飽和蒸気層を発生させる。そこに放射線が入射すると気体がイオン化して液滴が生成されるので、光を当てて放射線の飛跡を観測することができる。 A cloud chamber is a device that uses the condensation effect of steam to visualize the tracks of charged particles. A liquid such as alcohol is heated and evaporated in the upper part of the cloud chamber, and a supersaturated vapor layer is generated by cooling the lower part of the cloud chamber and creating a temperature gradient. When radiation enters there, the gas is ionized and droplets are generated, so the trajectory of the radiation can be observed by shining light on it.

霧箱は、例えば、科学博物館や教育施設などに教材として設置される。霧箱で観測しようとする放射線は、主に空気中のラドンガスが自然崩壊する際に発生するアルファ線とベータ線であるが、霧箱の容積を大きくすることでラドンガスの量も多くなり観測できる放射線も多くなる。 Cloud chambers are installed as teaching materials in, for example, science museums and educational facilities. The radiation that a cloud chamber attempts to observe is mainly alpha and beta rays that are generated when radon gas in the air naturally decays, but by increasing the volume of the cloud chamber, the amount of radon gas can be increased and observed. There will also be more radiation.

また、霧箱の観測窓が小さいと、霧箱の壁で外部からのアルファ線が遮断されて観測量が少なくなる。観測窓を大きくしようとすると、その面積に応じて冷却能力を上げる必要となり、冷媒ガス循環式の冷凍機では霧箱全体が大型化してしまい、教育施設を回れるように可搬型にするのは困難となる。 Additionally, if the observation window of the cloud chamber is small, the walls of the cloud chamber will block alpha rays from outside, reducing the amount of observation. If you try to make the observation window larger, you will need to increase the cooling capacity according to the area, and if you use a refrigerator that uses refrigerant gas circulation, the entire cloud chamber will become larger. It becomes difficult.

特許文献1に記載されているように、装置の低温化を図って観察者が接触しても火傷等をおうことがなく容器内部での荷電粒子の飛跡を見やすくした霧箱の発明も開示されている。さらに、特許文献2に記載されているように、観察槽内を冷却する電子冷却素子によって観察槽の上下面間の温度差を最適値に保ち多くの自然放射線飛跡を容易に観察でき軽量コンパクトにした低温拡散型霧箱の発明も開示されている。 As described in Patent Document 1, an invention of a cloud chamber is also disclosed in which the temperature of the device is lowered so that even if an observer comes into contact with it, it will not cause burns or the like and it will be easier to see the tracks of charged particles inside the container. ing. Furthermore, as described in Patent Document 2, an electronic cooling element that cools the inside of the observation tank keeps the temperature difference between the upper and lower surfaces of the observation tank at an optimal value, making it easy to observe many natural radiation tracks, making it lightweight and compact. The invention of a low-temperature diffusion type cloud chamber is also disclosed.

特開平09-184887号公報Japanese Patent Application Publication No. 09-184887 特許第4537332号公報Patent No. 4537332

特許文献1や特許文献2のように、ペルティエ(ペルチェ)素子を用いれば小型軽量化することができるが、大きな観測窓に対して十分な冷却能力を得るのが困難である。観測窓が小さい場合は、内包するラドンガスの量も少なくなり放射線も観測されづらくなるため、霧箱内に人為的にラドンガスを注入して飛跡を発生させることもあるが、それでは自然に発生している放射線を観測していると言うには無理がある。 Although it is possible to reduce the size and weight by using a Peltier element as in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is difficult to obtain sufficient cooling capacity for a large observation window. If the observation window is small, the amount of radon gas it contains will be small, making it difficult to observe radiation.Therefore, radon gas is sometimes artificially injected into the cloud chamber to generate tracks, but this does not allow for natural radon gas to be generated. It is unreasonable to say that we are observing radiation that exists.

そこで、本発明は、霧箱の容積を増やし、過飽和蒸気層を厚くして自然放射線の飛跡を観測しやすくした可搬型の霧箱を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a portable cloud chamber that increases the volume of the cloud chamber and thickens the supersaturated vapor layer, thereby making it easier to observe the tracks of natural radiation.

上記の課題を解決するために、本発明は、エタノールの過飽和蒸気層を通過する放射線の飛跡を観察するための霧箱であって、上面を観察窓のある蓋で塞いだ観察箱と、前記観察箱内に入れたエタノールを蒸発させて過飽和蒸気層を形成するための蒸気発生手段と、前記観察箱内の上部を温めるために前記観察窓に設けた発熱ガラスと、前記観察箱内の下部を冷やして温度勾配を作るために配置した冷却プレートと、前記冷却プレートの下面に吸熱部を当接させた冷凍機と、を有し、前記冷凍機の吸熱部を被覆するように前記冷却プレートの中央を下方に突出させた、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a cloud chamber for observing the trajectory of radiation passing through a supersaturated vapor layer of ethanol, the observation box having an upper surface covered with a lid having an observation window; a steam generating means for evaporating ethanol placed in the observation box to form a supersaturated vapor layer; a heat generating glass provided in the observation window for warming the upper part of the observation box; and a lower part of the observation box. a cooling plate disposed to create a temperature gradient by cooling the refrigerator; and a refrigerator having a heat absorption part in contact with a lower surface of the cooling plate, the cooling plate being arranged to cover the heat absorption part of the refrigerator. It is characterized by having the center protrude downward.

また、本発明は、エタノールの過飽和蒸気層を通過する放射線の飛跡を観察するための霧箱であって、上面を観察窓のある蓋で塞いだ観察箱と、前記観察箱内に入れたエタノールを蒸発させて過飽和蒸気層を形成するための蒸気発生手段と、前記観察箱内の上部を温めるために前記観察窓に設けた発熱ガラスと、前記観察箱内の下部を冷やして温度勾配を作るために配置した冷却プレートと、前記冷却プレートの下面に吸熱部を当接させた冷凍機と、を有し、前記冷凍機の吸熱部を被覆するように前記冷却プレートの中央を陥没させた、ことを特徴とする。 The present invention also provides a cloud chamber for observing the trajectory of radiation passing through a supersaturated vapor layer of ethanol, which includes an observation box whose top surface is covered with a lid having an observation window, and an ethanol chamber placed in the observation box. a steam generating means for evaporating to form a supersaturated vapor layer; a heat-generating glass provided in the observation window to warm the upper part of the observation box; and a temperature gradient by cooling the lower part of the observation box. and a refrigerator having a heat absorption part in contact with a lower surface of the cooling plate, the center of the cooling plate being depressed so as to cover the heat absorption part of the refrigerator, It is characterized by

前記霧箱において、前記冷却プレート全体を一律に冷却するために、前記観察箱の回収口に前記冷却プレートの上面に溜まったエタノールが排出されるように、前記冷却プレートに溝を形成した、ことを特徴とする。 In the cloud chamber, in order to uniformly cool the entire cooling plate, grooves are formed in the cooling plate so that ethanol accumulated on the upper surface of the cooling plate is discharged to a collection port of the observation box. It is characterized by

前記霧箱において、前記観察箱の回収口から排出されたエタノールを前記蒸気発生手段に供給する循環用ポンプを設ける、ことを特徴とする。 The cloud chamber is characterized in that a circulation pump is provided for supplying the ethanol discharged from the collection port of the observation box to the steam generation means.

前記霧箱において、前記観察箱の回収口から排出されたエタノールを、毛細管現象を利用したポンプにより前記蒸気発生手段のトレイに供給する、ことを特徴とする。 The cloud chamber is characterized in that the ethanol discharged from the collection port of the observation box is supplied to the tray of the steam generation means by a pump that utilizes capillary action.

前記霧箱において、エタノール蒸気の凝縮により過飽和蒸気層の蒸気量が減少するのを抑制して過飽和蒸気層が拡がるように、前記蒸気発生手段のトレイに高電圧を印加する、
ことを特徴とする。
In the cloud chamber, a high voltage is applied to the tray of the steam generation means so as to suppress a decrease in the amount of steam in the supersaturated vapor layer due to condensation of ethanol vapor and to spread the supersaturated vapor layer.
It is characterized by

前記霧箱において、外部から前記観察箱内に放射線源を投入する線源挿抜装置を有する、ことを特徴とする。 The cloud chamber is characterized in that it includes a radiation source insertion/extraction device for inserting a radiation source into the observation chamber from the outside.

前記霧箱において、前記冷凍機は、スターリングサイクル冷凍機であり、前記冷却プレートを-50~-30℃に冷却する、ことを特徴とする。 In the cloud chamber, the refrigerator is a Stirling cycle refrigerator, and the cooling plate is cooled to -50 to -30°C.

本発明によれば、教育施設等を回れるように筐体を小型化しても、霧箱の容積を増やし、ペルチェ素子以上の冷却能力によって観察箱内の過飽和蒸気層を厚くすることで、人工的に放射線源を投入しなくても十分に自然放射線の飛跡を観測することができるようになる。 According to the present invention, even if the casing is made smaller so that it can be used around educational facilities, the volume of the cloud chamber is increased, and the supersaturated vapor layer inside the observation chamber is thickened with a cooling capacity greater than that of a Peltier device. It will be possible to sufficiently observe the tracks of natural radiation without introducing a radioactive source.

本発明である霧箱の概要を示す断面図である。1 is a sectional view showing an outline of a cloud chamber according to the present invention. 本発明である霧箱において線源を投入する場合を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a case where a radiation source is introduced into the cloud chamber according to the present invention. 本発明である霧箱においてエタノール液を循環させる場合を示す図である。It is a figure showing the case where ethanol liquid is circulated in the cloud chamber which is the present invention. 本発明である霧箱において毛細管現象を利用したポンプを利用して循環させる場合を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a case where a pump that utilizes capillary phenomenon is used to circulate in the cloud chamber of the present invention. 本発明である霧箱を示す写真である。It is a photograph showing the cloud chamber of the present invention. 本発明である霧箱の冷却温度変化を示すグラフ及び観測した自然放射線の飛跡を示す写真である。2 is a graph showing changes in the cooling temperature of the cloud chamber according to the present invention, and a photograph showing the trajectory of observed natural radiation. 本発明である霧箱の冷凍機の効率を上げる冷却プレートを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cooling plate that increases the efficiency of the cloud chamber refrigerator according to the present invention.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Components having the same functions are designated by the same reference numerals, and repeated explanations may be omitted.

まず、本発明である霧箱について説明する。図1は、霧箱の概要を示す断面図である。図2は、霧箱において線源を投入する場合を示す図である。図3は、霧箱においてエタノール液を循環させる場合を示す図である。図4は、霧箱において毛細管現象を利用したポンプを利用して循環させる場合を示す図である。 First, the cloud chamber of the present invention will be explained. FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a cloud chamber. FIG. 2 is a diagram showing a case where a radiation source is introduced into a cloud chamber. FIG. 3 is a diagram showing a case where ethanol liquid is circulated in a cloud chamber. FIG. 4 is a diagram showing a case where a pump utilizing capillary phenomenon is used to circulate in a cloud chamber.

図1に示すように、霧箱100は、エタノールの過飽和蒸気層310を通過する放射線の飛跡を観察するためのものであり、筐体110の中に、周りが断熱材210で覆われた観察箱200、冷凍機120、ヒータ制御器130、電源装置140、及び高圧電源装置150などが収容される。 As shown in FIG. 1, the cloud chamber 100 is for observing the trajectory of radiation passing through a supersaturated vapor layer 310 of ethanol, and is housed in a housing 110 surrounded by a heat insulating material 210. A box 200, a refrigerator 120, a heater controller 130, a power supply device 140, a high voltage power supply device 150, and the like are accommodated.

観察箱200は、内部が中空の矩形状の容器で、上方から視認可能に上面が透明な観察窓のある蓋で塞がれる。観察箱200は、内部に入れたエタノールを蒸発させて過飽和蒸気層310を形成するための蒸気発生手段、観察箱200内の上部を温めるために観察窓に設けた発熱ガラス220、観察箱200内の下部を冷やして温度勾配を作るために配置した冷却プレート230、放射線の通過によって生成された液滴に光を当てるための照明灯260等を有する。 The observation box 200 is a rectangular container with a hollow interior, and is covered with a lid having a transparent observation window on the upper surface so as to be visible from above. The observation box 200 includes a steam generating means for evaporating the ethanol contained therein to form a supersaturated vapor layer 310, a heat generating glass 220 provided in the observation window to warm the upper part of the inside of the observation box 200, and a heating glass 220 inside the observation box 200. It has a cooling plate 230 disposed to cool the lower part of the liquid to create a temperature gradient, an illumination lamp 260 for shining light on droplets generated by the passage of radiation, and the like.

蒸気発生手段は、観察箱200の上部内壁に沿って一周するようにトレイ240を配設し、その下側にヒータ250を配置する。トレイ240は、雨樋のように上面が空いて液体を入れることが可能である。液体としては、揮発性のあるエタノールを使用するが、エチレングリコールなど気化温度の低いアルコール類を使用しても良い。蒸発面積を広げるためにトレイ240の中にスポンジや繊維状の蒸発シートを敷いても良い。ヒータ250は、ヒータ制御器130によって約30~40℃で発熱し、トレイ240内の液体を加熱することでエタノール蒸気300を発生させる。 As the steam generating means, a tray 240 is arranged so as to go around the upper inner wall of the observation box 200, and a heater 250 is arranged below the tray 240. The tray 240 has an open top surface like a rain gutter and can contain liquid. As the liquid, volatile ethanol is used, but alcohols with a low vaporization temperature such as ethylene glycol may also be used. A sponge or fibrous evaporation sheet may be placed inside the tray 240 to increase the evaporation area. The heater 250 generates heat at about 30 to 40° C. by the heater controller 130, and generates ethanol vapor 300 by heating the liquid in the tray 240.

発熱ガラス220は、ヒータ制御器130によって発熱し、観察箱200内の上部に拡散したエタノール蒸気300の温度が、観察窓に結露しない程度の約30~40℃となるように加温する。なお、観察者が接触しても火傷等を負わないように、温度を上げ過ぎないようにする。 The heating glass 220 is heated by the heater controller 130 so that the temperature of the ethanol vapor 300 diffused in the upper part of the observation box 200 is about 30 to 40° C., which is enough to prevent condensation on the observation window. In addition, be careful not to raise the temperature too much so that observers will not get burns if they come into contact with it.

冷却プレート230は、冷凍機120によって冷却され、観察箱200内の下部に拡散したエタノール蒸気300の温度が、約-50~-30℃となるように冷却する。なお、冷却プレート230の下面中央に冷凍機120の吸熱部を当接させれば良い。冷凍機120を含め観察箱200を断熱材210で囲むことで外部からの温度への影響を抑える。観察箱200の下部の温度を下げることでエタノール蒸気300の飽和蒸気量が減少するが、蒸気量を増やして凝縮を抑制することで過飽和蒸気層310が形成される。 The cooling plate 230 is cooled by the refrigerator 120 so that the temperature of the ethanol vapor 300 diffused in the lower part of the observation box 200 is about -50 to -30°C. Note that the heat absorbing portion of the refrigerator 120 may be brought into contact with the center of the lower surface of the cooling plate 230. Surrounding the observation box 200 including the refrigerator 120 with a heat insulating material 210 suppresses external influences on the temperature. Although the saturated vapor amount of the ethanol vapor 300 is reduced by lowering the temperature at the bottom of the observation box 200, a supersaturated vapor layer 310 is formed by increasing the vapor amount and suppressing condensation.

過飽和蒸気層310に外部から放射線が入り込むと、放射線の周りがイオン化され液滴が生成される。エタノール蒸気300の凝縮によって過飽和蒸気層310の蒸気量が減少するのを抑制すれば過飽和蒸気層310が拡がるので、上部にあるトレイ240に高圧電線160を繋いで高圧電源装置150を用いて上下に高電圧を印加することで凝縮の核となる雑イオンを電極に移動させて除去しても良い。 When radiation enters the supersaturated vapor layer 310 from the outside, the area around the radiation is ionized and droplets are generated. If the amount of vapor in the supersaturated vapor layer 310 is suppressed from decreasing due to condensation of the ethanol vapor 300, the supersaturated vapor layer 310 will expand. By applying a high voltage, miscellaneous ions that become condensation nuclei may be moved to the electrode and removed.

凝縮により液化して観察箱200の底に溜まったエタノール液320は、回収口270から排出する。冷却プレート230全体を一律に冷却するために、冷却プレート230の上面に溜まったエタノール液320が観察箱200の回収口270から排出されるように、冷却プレート230に回収口270へ導く溝などを形成しても良い。冷却プレート230上の液厚さを最小限にすることで、冷却プレート230全体の冷却効率が向上する。 The ethanol liquid 320 that has been liquefied by condensation and accumulated at the bottom of the observation box 200 is discharged from the recovery port 270. In order to uniformly cool the entire cooling plate 230, grooves or the like are formed in the cooling plate 230 leading to the collection port 270 so that the ethanol liquid 320 accumulated on the top surface of the cooling plate 230 is discharged from the collection port 270 of the observation box 200. It may be formed. By minimizing the liquid thickness on the cooling plate 230, the overall cooling efficiency of the cooling plate 230 is improved.

照明灯260は、LED等の発光手段であり、観察箱200の内壁から過飽和蒸気層310に向けて光を照射する。放射線の動きに沿って生成された液滴に光を当てることで、放射線の飛跡を観察窓から視認させる。熱の発生が少ないので、観察箱200内の温度への影響が抑えられる。なお、電源装置140は、冷凍機120、ヒータ制御器130、照明灯260などに直流又は交流の電源を供給する。 The illumination lamp 260 is a light emitting means such as an LED, and irradiates light from the inner wall of the observation box 200 toward the supersaturated vapor layer 310. By shining light on the droplets generated along the movement of the radiation, the trajectory of the radiation can be seen through the observation window. Since less heat is generated, the influence on the temperature inside the observation box 200 can be suppressed. Note that the power supply device 140 supplies DC or AC power to the refrigerator 120, the heater controller 130, the lighting lamp 260, and the like.

図2に示すように、外部から観察箱200内に放射線源を投入する線源挿抜装置400を設けても良い。線源と投入するために蓋を開けると手間が掛かる上に、開けたときに周囲の空気が混入して一時的に過飽和蒸気層310が乱れて観察できない場合がある。 As shown in FIG. 2, a radiation source insertion/extraction device 400 for inserting a radiation source into the observation box 200 from the outside may be provided. Opening the lid to insert the radiation source is time-consuming, and when the lid is opened, ambient air gets mixed in and temporarily disturbs the supersaturated vapor layer 310, making it impossible to observe it.

線源挿抜装置400は、挿入管410の一端が線源取付部420で、他端が封止部430である。線源取付部420に放射線の線源を取り付けた上で挿入管410内に通して線源を投入すれば良い。 In the radiation source insertion/extraction device 400, one end of the insertion tube 410 is a radiation source attachment part 420, and the other end is a sealing part 430. It is sufficient to attach a radiation source to the radiation source attachment part 420 and then insert the radiation source into the insertion tube 410.

その他に、観察箱200の外部から日常的な自然放射線の線源である北投石、カリウムを多く含む食塩、根昆布、アルコールランプの芯(マントル)、ラジウムを多く含む湯の華などを投入しても良い。 In addition, from outside the observation box 200, objects such as northern tolite, which is a daily source of natural radiation, table salt that contains a lot of potassium, root kelp, alcohol lamp wick (mantle), and hot water flower that contains a lot of radium can be introduced. good.

図3に示すように、観察箱200の回収口270から排出されたエタノール液320を蒸気発生手段のトレイ240に供給するための循環用ポンプ500を設けても良い。エタノールを人為的に補充しなくても長時間の運用が可能となる。 As shown in FIG. 3, a circulation pump 500 may be provided for supplying the ethanol liquid 320 discharged from the collection port 270 of the observation box 200 to the tray 240 of the steam generation means. Long-term operation is possible without artificially replenishing ethanol.

また、図4に示すように、観察箱200の回収口270から排出されたエタノール液320を毛細管ポンプ510により蒸気発生手段のトレイ240に供給しても良い。電力などを用いなくてもエタノール液320を吸い上げることが可能となる。 Further, as shown in FIG. 4, the ethanol liquid 320 discharged from the collection port 270 of the observation box 200 may be supplied to the tray 240 of the steam generation means by the capillary pump 510. It becomes possible to suck up the ethanol liquid 320 without using electricity or the like.

図5は、霧箱を示す写真である。図6(a)は、霧箱の冷却温度変化を示すグラフを示す写真である。図6(b)は、霧箱で観測した自然放射線の飛跡を示す写真である。 FIG. 5 is a photograph showing the cloud chamber. FIG. 6(a) is a photograph showing a graph showing changes in the cooling temperature of the cloud chamber. FIG. 6(b) is a photograph showing the trajectory of natural radiation observed with a cloud chamber.

図5に示すように、霧箱100は、発熱ガラス220入り観察窓から確認可能な観察箱200内の体積は、例えば、縦が約22cm、横が約22cm、高さが約10cmであり、持ち運び可能なサイズである。このとき、過飽和蒸気層310の高さは、約1~3cm程度になる。 As shown in FIG. 5, the volume of the cloud chamber 100 inside the observation box 200 that can be confirmed from the observation window containing the heat generating glass 220 is, for example, about 22 cm in length, about 22 cm in width, and about 10 cm in height. It is a portable size. At this time, the height of the supersaturated vapor layer 310 is about 1 to 3 cm.

断熱材210で被覆された観察箱200の内の温度は、例えば、上部が約30~40℃、下部が約-50~-30℃のように、温度勾配が形成される。蓋を外してトレイ240にエタノールを200mL注入することで約8時間観察可能である。 The temperature inside the observation box 200 covered with the heat insulating material 210 forms a temperature gradient, for example, about 30 to 40° C. at the top and about -50 to -30° C. at the bottom. By removing the lid and injecting 200 mL of ethanol into the tray 240, observation is possible for about 8 hours.

観察箱200内に上下温度差を設けることで上下の飽和蒸気量が変わり過飽和蒸気層310が形成されるが、過飽和蒸気層310の体積はエタノール蒸気300の拡散による蒸気量に比例する。同じ温度差を維持するためには、蒸気量に応じた冷却能力が必要となる。 By providing a temperature difference between the upper and lower sides in the observation box 200, the amount of saturated vapor in the upper and lower portions changes and a supersaturated vapor layer 310 is formed, but the volume of the supersaturated vapor layer 310 is proportional to the amount of vapor caused by diffusion of the ethanol vapor 300. In order to maintain the same temperature difference, a cooling capacity corresponding to the amount of steam is required.

過飽和蒸気層310における蒸気圧が、例えば飽和蒸気圧の4倍以上のイオンリミット過飽和度になると、放射線の通過で生じたイオンを核として液滴が成長するので、照明灯260から光を当てることで放射線の飛跡が目視可能となる。なお、過飽和度が低いと、核の半径が大きくなるにつれて液滴が蒸発しやすくなる。 When the vapor pressure in the supersaturated vapor layer 310 reaches an ion limit supersaturation degree that is, for example, four times or more the saturated vapor pressure, droplets grow with ions generated by the passage of radiation as nuclei, so it is not necessary to apply light from the illumination lamp 260. The trajectory of the radiation becomes visible. Note that when the degree of supersaturation is low, droplets tend to evaporate as the radius of the nucleus increases.

冷凍機120は、スターリングサイクル冷凍機であり、冷却プレート230を-50~-30℃に冷却する。観察箱200内の上部温度を高くせずに、下部温度を低くして温度差を大きくすることで、過飽和蒸気層310の高さを拡げることが可能となる。 Refrigerator 120 is a Stirling cycle refrigerator and cools cooling plate 230 to -50 to -30°C. The height of the supersaturated vapor layer 310 can be increased by lowering the lower temperature of the observation box 200 without increasing the upper temperature to increase the temperature difference.

スターリングサイクルは、冷媒であるヘリウムガスを膨張させると冷えるという気体の性質を利用した冷却システムである。内部のピストンをリニアモーターで連続的に駆動し、ピストン内部の冷媒ガスの断熱膨張により、ピストンの一端側の吸熱部を低温に冷却するもので、冷却能力に優れるとともに、小型軽量化され、搭載方向を問わず使用できるほか、移動等による振動の影響を受けにくい。 The Stirling cycle is a cooling system that takes advantage of the gas properties of helium gas, which cools down when it is expanded. The internal piston is continuously driven by a linear motor, and the heat absorbing part on one end of the piston is cooled to a low temperature by adiabatic expansion of the refrigerant gas inside the piston.It has excellent cooling capacity, is small and lightweight, and is installed It can be used in any direction and is not easily affected by vibrations caused by movement.

スターリングサイクルを利用した冷凍機120は、冷却プレート230を約-80℃まで冷却可能であるが、-50℃以下になると過飽和蒸気層310の高さを拡げる効果が小さくなるので、約-50℃が好ましい。自然放射線を可視化できる過飽和蒸気層310の高さを厚くすることで、より観測容積が大きくとれ、放射線をより多く立体的に可視化することができる。 The refrigerator 120 using the Stirling cycle is capable of cooling the cooling plate 230 to about -80°C, but when the temperature drops below -50°C, the effect of increasing the height of the supersaturated vapor layer 310 becomes small, so the cooling plate 230 can cool down to about -50°C. is preferred. By increasing the height of the supersaturated vapor layer 310 that can visualize natural radiation, a larger observation volume can be obtained and more radiation can be visualized three-dimensionally.

図6(a)に示すように、霧箱100の電源装置140を起動してから、冷凍機120によって冷却プレート230の端まで約-40℃に冷却するのに約75分であり、冷却プレート230の中央においては約-80℃まで冷却される。 As shown in FIG. 6(a), it takes about 75 minutes to cool the end of the cooling plate 230 to about -40°C by the refrigerator 120 after starting the power supply 140 of the cloud chamber 100. At the center of 230, it is cooled to about -80°C.

図6(b)に示すように、霧箱100で観測される自然放射線は、霧箱100内部の空気中のラドンガスが自然崩壊する際に発生するアルファ線とベータ線が多く、観察窓の寸法を大きくし、霧箱100内部の容積を大きくすることにより、ラドンガスの量も多くなり観測される放射線も多くなる。なお、霧箱100におけるアルファ線の発生頻度としては、30秒あたり7個の自然放射線の飛跡が可視化された。 As shown in FIG. 6(b), the natural radiation observed in the cloud chamber 100 consists mostly of alpha rays and beta rays, which are generated when radon gas in the air inside the cloud chamber 100 naturally decays. By increasing the volume of the cloud chamber 100, the amount of radon gas increases and the amount of radiation observed also increases. As for the frequency of occurrence of alpha rays in the cloud chamber 100, seven natural radiation tracks were visualized every 30 seconds.

図7は、霧箱の冷凍機の効率を上げる冷却プレートを示す図である。観察箱200内の過飽和蒸気層310の大きさを広くするために、下部に配置した冷却プレート230を約-50~-30℃に冷却する。 FIG. 7 is a diagram showing a cooling plate that increases the efficiency of a cloud chamber refrigerator. In order to increase the size of the supersaturated vapor layer 310 inside the observation box 200, the cooling plate 230 disposed at the bottom is cooled to about -50 to -30°C.

図7(a)に示すように、例えば、霧箱100aにおいては、冷凍機120の吸熱部120aを被覆するように、冷却プレート230の中央を下方に突出させて被覆部230aを形成する。吸熱部120aが円筒状の場合は、冷却プレート230の中央から円筒状の被覆部230aを延ばして吸熱部120a囲んだ上で、断熱材210で包み込めば良い。 As shown in FIG. 7A, for example, in the cloud chamber 100a, the center of the cooling plate 230 is made to protrude downward to form a covering part 230a so as to cover the heat absorption part 120a of the refrigerator 120. When the heat absorbing portion 120a is cylindrical, a cylindrical covering portion 230a may be extended from the center of the cooling plate 230 to surround the heat absorbing portion 120a, and then wrapped with the heat insulating material 210.

また、図7(b)に示すように、霧箱100bにおいては、冷凍機120の吸熱部120bを被覆するように、冷却プレート230の中央を陥没させて被覆部230bを形成する。吸熱部120bが円盤状の場合は、冷却プレート230の中央に埋め込むように被覆部230bで吸熱部120bを囲んだ上で、断熱材210で包み込めば良い。冷却プレート230を冷凍機120の吸熱効果が向上する構造にすることで、冷却プレート230を効率良く冷却することができる。 Further, as shown in FIG. 7B, in the cloud chamber 100b, the center of the cooling plate 230 is depressed to form a covering part 230b so as to cover the heat absorption part 120b of the refrigerator 120. When the heat absorbing portion 120b is disk-shaped, the heat absorbing portion 120b may be surrounded by the covering portion 230b so as to be embedded in the center of the cooling plate 230, and then wrapped with the heat insulating material 210. By configuring the cooling plate 230 to have a structure that improves the heat absorption effect of the refrigerator 120, the cooling plate 230 can be efficiently cooled.

スターリングサイクル冷凍機120は、一端側が吸熱部120aで他端側が排熱部の筒体の内部をピストンが往復する構造であり、冷却プレート230全体に吸熱部120aを当接させることは困難であるため、冷却プレート230の中央に吸熱部120aを当接させ、四隅の冷却度合いに差が出ないようにする。 The Stirling cycle refrigerator 120 has a structure in which a piston reciprocates inside a cylinder with a heat absorption section 120a at one end and a heat exhaust section at the other end, and it is difficult to bring the heat absorption section 120a into contact with the entire cooling plate 230. Therefore, the heat absorbing portion 120a is brought into contact with the center of the cooling plate 230, so that there is no difference in the degree of cooling at the four corners.

本発明によれば、教育施設等を回れるように筐体を小型化しても、霧箱の容積を増やし、ペルチェ素子以上の冷却能力によって観察箱内の過飽和蒸気層を厚くすることで、人工的に放射線源を投入しなくても十分に自然放射線の飛跡を観測することができるようになる。 According to the present invention, even if the casing is made smaller so that it can be used around educational facilities, the volume of the cloud chamber is increased, and the supersaturated vapor layer inside the observation chamber is thickened with a cooling capacity greater than that of a Peltier device. It will be possible to sufficiently observe the tracks of natural radiation without introducing a radioactive source.

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、霧箱の内部の空間を構成する壁面と発熱ガラスの構成を縦に積めるユニット構造としておき、二段重ね等にして発熱ガラスと冷却プレートの間を離し、過飽和蒸気層の厚さを増やすようにしても良い。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. For example, the walls that make up the space inside the cloud chamber and the heat-generating glass can be stacked vertically as a unit structure, and the thickness of the supersaturated vapor layer can be increased by stacking them in two layers to separate the heat-generating glass and the cooling plate. You can do it like this.

100:霧箱
110:筐体
120:冷凍機
120a:吸熱部
120b:吸熱部
130:ヒータ制御器
140:電源装置
150:高圧電源装置
160:高圧電線
200:観察箱
210:断熱材
220:発熱ガラス
230:冷却プレート
230a:被覆部
230b:被覆部
240:トレイ
250:ヒータ
260:照明灯
270:回収口
300:エタノール蒸気
310:過飽和蒸気層
320:エタノール液
400:線源挿抜装置
410:挿入管
420:線源取付部
430:封止部
500:循環用ポンプ
510:毛細管ポンプ
100: Cloud chamber 110: Housing 120: Freezer 120a: Heat absorption part 120b: Heat absorption part 130: Heater controller 140: Power supply device 150: High voltage power supply device 160: High voltage electric wire 200: Observation box 210: Heat insulating material 220: Heat generating glass 230: Cooling plate 230a: Covering section 230b: Covering section 240: Tray 250: Heater 260: Lighting lamp 270: Recovery port 300: Ethanol vapor 310: Supersaturated vapor layer 320: Ethanol liquid 400: Source insertion/extraction device 410: Insertion tube 420 : Source attachment part 430: Sealing part 500: Circulation pump 510: Capillary pump

Claims (7)

エタノールの過飽和蒸気層を通過する放射線の飛跡を観察するための霧箱であって、
上面を観察窓のある蓋で塞いだ観察箱と、
前記観察箱内に入れたエタノールを蒸発させて過飽和蒸気層を形成するための蒸気発生手段と、
前記観察箱内の上部を温めるために前記観察窓に設けた発熱ガラスと、
前記観察箱内の下部を冷やして温度勾配を作るために配置した冷却プレートと、
液化したエタノールが溜まる前記冷却プレートの上面ではなく下面に吸熱部を当接させた冷凍機と、を有し、
前記冷凍機は、一端側が吸熱部で他端側が排熱部の筒体となっており、前記冷却プレートの中央を下方に突出させた被覆部で円筒状の前記吸熱部を囲んだ上で、前記被覆部が断熱材で包み込まれ、
前記冷却プレート全体を一律に冷却するために、前記観察箱の回収口に前記冷却プレートの上面に溜まったエタノールが排出されるように、前記冷却プレートに溝を形成した、
ことを特徴とする霧箱。
A cloud chamber for observing the trajectory of radiation passing through a supersaturated vapor layer of ethanol,
An observation box whose top surface is covered with a lid with an observation window,
a steam generating means for evaporating the ethanol placed in the observation box to form a supersaturated vapor layer;
a heat-generating glass provided in the observation window to warm the upper part of the observation box;
a cooling plate arranged to cool the lower part of the observation box to create a temperature gradient;
a refrigerator in which a heat absorbing part is brought into contact with the bottom surface of the cooling plate where liquefied ethanol accumulates, instead of the top surface,
The refrigerator has a cylindrical body with a heat absorbing part at one end and a heat exhausting part at the other end, and the cylindrical heat absorbing part is surrounded by a covering part that projects downward from the center of the cooling plate. The covering portion is wrapped with a heat insulating material,
In order to uniformly cool the entire cooling plate, grooves are formed in the cooling plate so that the ethanol accumulated on the upper surface of the cooling plate is discharged to the collection port of the observation box.
A cloud chamber characterized by:
エタノールの過飽和蒸気層を通過する放射線の飛跡を観察するための霧箱であって、
上面を観察窓のある蓋で塞いだ観察箱と、
前記観察箱内に入れたエタノールを蒸発させて過飽和蒸気層を形成するための蒸気発生手段と、
前記観察箱内の上部を温めるために前記観察窓に設けた発熱ガラスと、
前記観察箱内の下部を冷やして温度勾配を作るために配置した冷却プレートと、
液化したエタノールが溜まる前記冷却プレートの上面ではなく下面に吸熱部を当接させた冷凍機と、を有し、
前記冷凍機は、一端側が吸熱部で他端側が排熱部の筒体となっており、前記冷却プレートの中央を陥没させた被覆部で円盤状の前記吸熱部を囲んだ上で、前記被覆部が断熱材で包み込まれ、
前記冷却プレート全体を一律に冷却するために、前記観察箱の回収口に前記冷却プレートの上面に溜まったエタノールが排出されるように、前記冷却プレートに溝を形成した、
ことを特徴とする霧箱。
A cloud chamber for observing the trajectory of radiation passing through a supersaturated vapor layer of ethanol,
An observation box whose top surface is covered with a lid with an observation window,
a steam generating means for evaporating the ethanol placed in the observation box to form a supersaturated vapor layer;
a heat-generating glass provided in the observation window to warm the upper part of the observation box;
a cooling plate arranged to cool the lower part of the observation box to create a temperature gradient;
a refrigerator in which a heat absorbing part is brought into contact with the bottom surface of the cooling plate where liquefied ethanol accumulates, instead of the top surface,
The refrigerator has a cylindrical body with a heat absorbing part on one end and a heat exhausting part on the other end, and the cooling plate is surrounded by a disc-shaped heat absorbing part with a concave covering part in the center, and then the covering part is part is wrapped in insulation material,
In order to uniformly cool the entire cooling plate, grooves are formed in the cooling plate so that the ethanol accumulated on the upper surface of the cooling plate is discharged to the collection port of the observation box.
A cloud chamber characterized by:
前記観察箱の回収口から排出されたエタノールを前記蒸気発生手段に供給する循環用ポンプを設ける、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の霧箱。
providing a circulation pump that supplies the ethanol discharged from the collection port of the observation box to the steam generation means;
The cloud chamber according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記観察箱の回収口から排出されたエタノールを、毛細管現象を利用したポンプにより前記蒸気発生手段のトレイに供給する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の霧箱。
supplying the ethanol discharged from the collection port of the observation box to the tray of the steam generation means by a pump that utilizes capillary action;
The cloud chamber according to claim 1 or 2, characterized in that:
エタノール蒸気の凝縮により過飽和蒸気層の蒸気量が減少するのを抑制して過飽和蒸気層が拡がるように、前記蒸気発生手段のトレイに高電圧を印加する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の霧箱。
Applying a high voltage to the tray of the steam generating means so as to suppress a decrease in the amount of vapor in the supersaturated vapor layer due to condensation of ethanol vapor and to spread the supersaturated vapor layer;
The cloud chamber according to claim 1 or 2, characterized in that:
外部から前記観察箱内に放射線源を投入する線源挿抜装置を有する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の霧箱。
comprising a radiation source insertion/extraction device for inserting a radiation source into the observation box from the outside;
The cloud chamber according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記冷凍機は、スターリングサイクル冷凍機であり、前記冷却プレートを-50~-30℃に冷却する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の霧箱。
The refrigerator is a Stirling cycle refrigerator, and cools the cooling plate to -50 to -30°C.
The cloud chamber according to claim 1 or 2, characterized in that:
JP2023108500A 2023-06-30 2023-06-30 cloud chamber Active JP7385329B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023108500A JP7385329B1 (en) 2023-06-30 2023-06-30 cloud chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023108500A JP7385329B1 (en) 2023-06-30 2023-06-30 cloud chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP7385329B1 true JP7385329B1 (en) 2023-11-22

Family

ID=88833391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023108500A Active JP7385329B1 (en) 2023-06-30 2023-06-30 cloud chamber

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7385329B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004317686A (en) 2003-04-15 2004-11-11 Ichiro Toda Cloud chamber for radiation observation
JP2007335517A (en) 2006-06-13 2007-12-27 Toyota Motor Corp Condenser
CN204787496U (en) 2015-07-01 2015-11-18 宁波荣捷特机械制造有限公司 Quick refrigerating system
WO2017057760A1 (en) 2015-10-02 2017-04-06 株式会社日立製作所 Superconducting magnet device and superconducting magnet excitation implement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004317686A (en) 2003-04-15 2004-11-11 Ichiro Toda Cloud chamber for radiation observation
JP2007335517A (en) 2006-06-13 2007-12-27 Toyota Motor Corp Condenser
CN204787496U (en) 2015-07-01 2015-11-18 宁波荣捷特机械制造有限公司 Quick refrigerating system
WO2017057760A1 (en) 2015-10-02 2017-04-06 株式会社日立製作所 Superconducting magnet device and superconducting magnet excitation implement

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Webページ"https://kiribako-rado.co.jp/agoods/"の、2020年9月21日付けWeb Archive,日本,2020年09月21日,https://web.archive.org/web/20200921155338/https://kiribako-rado.co.jp/agoods/
常設展示型霧箱A-112(冷凍機型)取扱説明書,日本,有限会社ラド,2019年

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9696063B2 (en) Cooling systems and related methods
JP7385329B1 (en) cloud chamber
US7437875B2 (en) Thermally driven cooling systems
KR20130137884A (en) Cooling system using eco-friendly energy
Rghif et al. Numerical study of Soret and Dufour coefficients on heat and mass transfer in a salt gradient solar pond
US2692483A (en) Refrigeration unit utilizing solar energy
Boubakri Performance of an adsorptive solar ice maker operating with a single double function heat exchanger (evaporator/condenser)
KR101153312B1 (en) Isothermal heatsink with separate circuit of working fluid
Snowden The Diffusion Cloud Chamber
KR100336324B1 (en) Cold-hot storage fixtures
CN208887199U (en) A kind of multifunctional low-temperature save set
DE3861091D1 (en) ABSORPTION AIR CONDITIONING.
Lavanya et al. Design of solar water cooler using aqua-ammonia absorption refrigeration system
JPH02279967A (en) Cooling method and device used therefor
KR0126016Y1 (en) A pillow
Chekirou et al. Dynamic model of heat and mass transfer in rectangular adsorber of a solar adsorption machine
US5596827A (en) Device for making a liquid appear to rise up a tube
SU928068A2 (en) Cryogetter pump
RU2074408C1 (en) Method of registration of radioactivity
RU2098724C1 (en) Evaporation refrigerator
RU2443948C2 (en) Absorption refrigerator
KR200314740Y1 (en) gas absorption cosmetic refrigerator
US20190316815A1 (en) Zeolite-water refrigeration with graphite foam enhancement
JP3366498B2 (en) Artificial snow generator for snow crystal observation
JPS63238370A (en) Air cooler

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230630

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230630

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230725

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230801

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231003

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231010

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231024

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231102

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7385329

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150