(57)【要約】【課題】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。【解決手段】放射線観察用霧箱１１は観察槽本体１２と、該観察槽本体１２を収容する観察槽本体収容箱１３等とにより構成されている。この観察槽本体収容箱１３内には断熱層１４が設けられ、該断熱層１４の内底部にはドライアイス１５が載置されている。また、観察槽本体１２の底板２２には複数の雌ねじ孔２２ａが格子状に均等に透設され、各雌ねじ孔２２ａにはステンレス鋼製の伝熱用雄ねじ２３が螺合されている。この伝熱用雄ねじ２３の外周面には凹凸部２３ａが螺刻されている。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に接触するようになっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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放射線観察用霧箱。
【請求項２】
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請求項１に記載の放射線観察用霧箱。
【請求項３】
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請求項１又は請求項２に記載の放射線観察用霧箱。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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