Journal of Plasma and Fusion Research Vol.98, No.4 April 2022

が少人数になったため，発表者と聴講者の距離感が縮ま

本会記事

り，聴講者から質問も多く出て，非常に活発に議論されていたようでした．

■第１９回高校生シンポジウム「SDGs が拓く未来社会−集まれ高校生研究者−」
実施報告

ラズマ宇宙エンジンの研究開発」というタイトルでご講演

東北大学大学院工学研究科も興味を持って聴講し，質問も多くあり，非常に盛り上特別講演として，東北大学の高橋和貴先生に「次世代プいただきました．宇宙科学への応用ということで，高校生金子俊郎（本会理事）がった特別講演であったと思います．

２０２２年１月２９日!に，令和３年度第１９回高校生シンポジ

発表賞に関しましては，プラズマ・核融合学会からは昨ウムをオンラインで開催しました．今回は，主催のプラズ

年と同じく「最優秀賞」，「優秀賞」，「奨励賞」，「技術賞」

マ・核融合学会に加え，東北大学みらい型＆探求型「科学を授与し，さらに今回の共催の科学者の卵養成講座から者の卵養成講座」の共催で開催しました．開催にあたって「オーディエンス賞」を授与しました．ポスター発表は２回は，当日のオンライン配信機材の設営やポスター発表の進に分けて，１回あたり１０件を並列で行ったため，審査のた行等で「科学者の卵」の事務局やメンター学生の皆さんにめに１６名の審査員に採点をお願いしました．なお， 採点集計多大なご協力をいただきました．

や賞状作成・受賞者への送付等では，学会事務局ならびに

この高校生シンポジウムは，次世代を担う高校生の皆さ科学者の卵事務局に大変お世話になりました．

んが，最先端の科学や技術に触れ，自ら考える機会を提供

最後に，発表していただいた高校生の皆さん，指導いたすることを目的としています．さらに，より多くの高校生だいた先生方，参加いただいた学会理事，審査員の先生方，にプラズマや核融合に興味を持ってもらい，プラズマ研準備・運営にご協力いただきました関係者の皆様に，この究，核融合研究に取り組んでもらえるように，２０１８年度の場をお借りしまして，お礼申し上げます．

シンポジウムから，プラズマ・核融合に関係する実習の場

全体プログラムならびに実施詳細について以下の通りでを高校生に提供し，その実習・研究成果を発表していただ

す．

けるようにしました．
開催日時：２０２２年１月２９日! １３：００―１６：３０

しかしながら本年度は，COVID-19 の影響で２０２１年夏時

会期のプラズマ実習を実施しないことが４月に決定されたこ

場：オンライン（東北大青葉山キャンパス）とを受けまして，発表課題はプラズマに限らずに科学全般

プログラム：として公募を行いました．全国の１０校から２０件の応募があ

１２：３０ Zoom 接続確認

り，参加者数は，発表生徒９５名，教員１５名，「科学者の卵」

１３：００ 開会の挨拶（竹入康彦

プラズマ・核融合学会のメンター学生および聴講の生徒が３０名，学会・「科学者会長）の卵」関係者２３名で，総数１６３名でありました．なお，当日

１３：０５ 実施方法説明に発表者の体調不良のために１件の発表がキャンセルされ

１３：１０ プレポスター発表①（１０件）

ました．

１３：３０ ポスター準備

開催形式に関しては，当初は東北大学青葉山キャンパス

１３：４０ ポスター発表①において対面での現地開催を目指して準備してきました

１４：２５ 休憩が，２０２１年１２月上旬からの新型コロナウイルスのオミクロ

１４：３５ プレポスター発表②（１０件）

ン株の感染拡大により，１２月８日にプラズマ・核融合学会

１４：５５ ポスター準備会長の承諾を得て，開催方式を完全オンラインに変更しま

１５：０５ ポスター発表②

した．１か月前の急な変更でありましたが，すべての高校

１５：５０ 休憩に了承していただきました．あわせて，発表形式も全員を

１６：００ 特別講演『次世代プラズマ宇宙エンジンの研究開発』

ポスター発表として，概要を理解するためにプレポスター

東北大学大学院工学研究科発表を行うことにしました．このプレポスター発表は，短１６：３０ 閉会式（授賞式・講評高橋和貴

竹入康彦 プラズマ・核い時間の発表で概要を知ることができ，高校生を含む多く

融合学会会長，安藤晃 東北大学みらい型＆探求の参加者から好評をいただきました．

型「科学者の卵養成講座」代表）
１６：４５ 閉会

プレポスター発表，ポスター発表ともに Zoom を利用したため，事前に高校生の接続練習を学会事務局に担当していただき，実施しました．その結果，当日は Zoom 接続で発表グループ

大きな問題は発生せず，高校生も慣れた様子で研究成果を１．廃棄される不良品プラスチックストローを固体燃料にしっかり発表することができました．また，ポスター発表

用いたハイブリッドロケットの開発，岡山県立倉敷天では，ブレイクアウトルームに分かれて，各ルームで「科城高等学校，藤田紗矢，中島慶子，中西杏奈，迫田寛

学者の卵」のメンター学生に進行を管理していただくこと

南で，非常にスムースに進行していたように思います．また，

２．自作分光器による電子レンジプラズマの分光，兵庫県

ブレイクアウトルームに分かれることで各ルームの聴講者

立姫路東高等学校，多田明良，中農拓人，菅原楓，志１９０

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.98, No.4 April 2022村実咲，山浦奈々

見慶太

３．コール酸ナトリウムが，ラウリル硫酸ナトリウム水溶１５．マグナス効果における風速と力の関係，宮城県仙台第液の起泡性に及ぼす影響，岩手県立水沢高等学校，三高等学校，大友皓太，佐々木みちる，鈴木倖太郎，秋

小野寺竜一，佐藤風花，及川和奏，駒林瑠菜

田倖希，北村光季，佐々木宥

４．ペットボトルフリップ成功条件の検討，宮城県仙台第１６．パン用小麦「ゆめちから」の岡山県における栽培方法

三高等学校，濱"爽，庄司朝陽，小和田真平，小堤康の確立，岡山県立玉野高等学校

太郎，境野鴻太郎

上田さくら，今岡舞羽，小"唯以奈，板田海翔，平野

５．サイクリング速度と自転車の傾斜角の相関，宮城県仙匡一，二宮航士，板"貴也，橋之口寛子，三宅美玖，

台第三高等学校，石川樹，嶋崎周平，柳橋晴，八巻顕

西紗花

伍，鈴木啓太１７．熱音響現象を利用した有効な発電方法に関する研究，

６．イスタンブールのお盆の応用，宮城県仙台第三高等学

岡山県立玉野高等学校，正木翔大，家塚伊織，河野校，伊藤直樹，五十嵐健，齋藤柊，庄子希，古川滉人

勝太，三好恵司

７．緊急地震速報で開くドアの開発，岡山県立玉野高等学

１８．授業に活用できる人口オーロラ発生装置の制作と教材

校，$木響，伊藤大悟，井上一心，井野川羅威，岡崎開発，北海道北見北斗高等学校，伊東奈穂，小澤柚月，

敬太，鈴木凌，堀智貴

余湖美咲

８．伊豆沼の水質浄化を目指して〜ハスの葉の回収機構〜，

１９．ブランコの物理〜重心に着目した振り子運動〜，宮城宮 城 県 岩 ヶ 崎 高 等 学 校，狩 野 蒼 太，伊 藤 は な，

県古川黎明高等学校，山内脩斗，千葉若菜，今野凛叶，!橋美遙

熱海千尋，小見山仁

９．ダイヤモンド富士を用いて地球の大きさをもとめてみ２０．系外惑星の表面温度の推定と観測地との比較，大阪府

よう，江戸川学園取手高等学校，光城紳一郎，村上碧

立北野高等学校，島村拓実，秋山拓耀，小川 武流，基，久保裕矢

北和寿，國本祥太郎，田渕悠人＊講演番号１６は当日キャンセルになりました．

１０．パラシュートを用いた水ロケットの垂直着陸に関する研究，北海道北見北斗高等学校，鴨下公恩，佐々木夏受賞者

野，小玉雄大，佐藤陽翔，修田優理愛
１１．おいしいお茶を入れよう，岩手県立水沢高等学校，高【優秀発表賞】
最優秀賞

橋凛，小野寺彩花，小林愛，佐藤春緋

９．江戸川学園取手高等学校

１２．バナナの皮に含まれる蛍光色素の経時変化，岩手県立

１３．宮城県仙台第三高等学校

水沢高等学校，郷右近優志，浅倉大斗，及川赳

優秀賞

１３．メンコで負けたくない！，宮城県仙台第三高等学校，

１．岡山県立倉敷天城高等学校

齋藤駿明，鈴木聖人，芳賀遼太郎，六車昊

２．兵庫県立姫路東高等学校

１４．家庭で実践しやすい風力発電方法を探る，宮城県仙台

１７．岡山県立玉野高等学校

第三高等学校，日野皓，古江野々花，前田優太#，伏１９１

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.98, No.4 April 2022

１８．北海道北見北斗高等学校

１４．宮城県仙台第三高等学校
技術賞

２０．大阪府立北野高等学校

７．岡山県立玉野高等学校
奨励賞

８．宮城県岩ヶ崎高等学校

３．岩手県立水沢高等学校

１５．宮城県仙台第三高等学校

４．宮城県仙台第三高等学校

１９．宮城県古川黎明高等学校

５．宮城県仙台第三高等学校【オーディエンス賞】

６．宮城県仙台第三高等学校
１０．北海道北見北斗高等学校

７．岡山県立玉野高等学校

１１．岩手県立水沢高等学校

１８．北海道北見北斗高等学校

１２．岩手県立水沢高等学校【最優秀賞】
ダイヤモンド富士を用いて地球の大きさを求めてみよう
江戸川学園取手高等学校

ダイヤモンド富士を観察した時刻における太陽の方向角を表している．
③ 地球の半径を求める：写真の GPS 情報を用いて，観測２年

地の位置情報と太陽が富士山頂上に沈み始める時刻と沈み

光城紳一郎，村上碧基，久保裕矢

終える時刻を特定した（図２）．また観測時刻から太陽高度 !を求め，観測地と富士山頂上の位置情報から距離 $，１．研究目的!，"を求めた．地球の半径を #とし，図３の三角形に正ダイヤモンド富士とは，太陽が昇り，また夕陽が沈むその瞬間に，富士山と太陽とが重なる光景である．それは，弦定理を用いると次のような式が求まる．

いくつかの条件が揃わないと観察できない珍しい光学現象#"!
#"$#""!#!!!"""$&#$!!" " &#$#!
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である．茨城県内にある本校は，富士山から約 130 km も離れた遠距離に位置するが，年に２回だけ利根川の河川敷からダイヤモンド富士を観察できる稀有な環境にある．この$自然現象を用いて前年度は富士山の位置と高さを求めた．
今年度は更にスケールアップした研究を行いたいと考え，地球半径を算出する．
２．研究方法① 太陽の位置の算出：ケプラーの面積速度一定の法則を用いて，黄道座標における太陽の位置の厳密解を求めた．
そして，その解を数値計算し，黄道座標を赤道座標，地平座標の順に座標変換して，高い精度で任意の時刻における太陽の位置を算出した．
② ダイヤモンド富士の撮影：①の計算結果を基に取手にてダイヤモンド富士が生じる時刻と場所を特定し，実際に取手市周辺の土手から計５回の撮影に成功した．図１のス
マートフォンのマークは今回我々が観察した地点，直線は

図２

図１

図３

１９２#"!
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#"$""%&!!" "#Journal of Plasma and Fusion Research Vol.98, No.4 April 2022

この式の右辺と左辺を満たす !（地球の半径）を求めた．
３．結果・考察
① ５日分の観測データを用いて，それぞれにおける地球半径の計算をして平均値を求めた．その結果，4230 kmとなった．これは実際の地球半径 6370 km と比べて非常に小さい．
② この誤差の原因は，太陽光が富士山と観測地点の間の大気中で屈折すること（気差）により，仰角が小さく見えていたことが考えられる．つまり，富士山の気差を考慮するべきである．その結果，3888 km となり，半径の値は小さくなり，さらに精度が悪くなった．次に富士山の気差の代わりに太陽の気差を考慮して計算し直すと，7471 kmとなった．精度は良くなったが大きくなりすぎ図４たため，富士山の気差を考慮した時に地球半径が小さくなったことを踏まえて，太陽と富士山の気差の両方を考慮して計算し直した結果 6465 km となった．このい．また，この研究から，数学と理科の緻密でかつ美しい

結果は，実際の地球半径との相対誤差が 1.49％ となっ計算によって自然現象を説明できたことが，中高生におけており，非常に精度よく地球半径を求めることができる数学と理科を学ぶ意義がわからない人にとっての学習のている（表１）．

動機付けになることを期待する．

③ 残っている誤差の原因の一つは，６〜１０秒間隔で写真を撮ったため測定誤差が最大で±５秒発生したからだ

参考文献と考えられる．そして，測定誤差と標準誤差を足し合わ［１］宮本尚彦：日の出日の入り時刻の計算の考え方（２０１３）．

せた誤差を図４に表した．

http://bakamoto.sakura.ne.jp/buturi/2hinode.pdf［２］国立天文台「こよみの計算」：https://eco.mtk.nao.ac.jp

４．結論及び今後の展望/cgi-bin/koyomi/koyomix.cgi

本研究により，高校で学ぶ幾何学と，様々な自然現象を［３］Google考慮することによってダイヤモンド富士という美しい景色

マップ：https://www.google.co.jp/maps/［４］K. Hubeny, Weiterentwicklung der Gauss'schen Mittel-

から地球の半径を精密に求められることが示せた．さらにbreitenformeln, Z.Vermess 84, 159 (1959).

精度を高めることにより，次回は地球の扁平率を求めた［５］廣野康平：天文航法の ABC（成山堂書店，２０
２０）
．

表１

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江戸川学園取手高等学校

夏休み明けに物理の研究に興味を持っていた者が集まりました．クラスは違い，話したことがなかったのですが，研究はとても楽しく，研究が進むにつれ仲が深まりました．松田先生や飯塚先生のご指導のもと，地球半径の計算方法，淡々と喋るだけにならない工夫など多くのことを学び，今回のシンポジウム準備を通して，研究や発表で大切なスキルを伸ばすことができました．
このたびはこのような機会をいただき，心から感謝します．ありがとうございました．

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１９３

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.98, No.4 April 2022

【最優秀賞】「メンコで負けたくない！」

ンコを３０回投げたとき，長方形のメンコが「浮き上がった」
回数を角度，距離ごとにまとめたものである．表より 0°で
宮城県仙台第三高等学校設置されているときが最も浮き上がりやすかったことがわ

１．背景目的かる．

私達はめんこ返しという遊びをしているときに，どのよ４．考察うな条件だとメンコがひっくり返りやすいのか気になったので参考文献を調べた．すると，メンコを地面に打ち付けメンコが浮く様子を観察したところ，ほとんどの場合，たときに発生する風によって地面にあるメンコがひっくり初めに丸メンコに近い手前の辺が浮き，次に奥の辺が風に返ることがわかった．しかし，参考文献には具体的にどの押されて浮いていることがわかった．手前の辺が浮きあがような条件だとひっくり返りやすいのかは記載されていな

るとき，""0°，30°，60°の場合は3.5 cmの長い辺から，90°かった．そこで，その条件を知りたいと思いこの研究をの場合は 2.1 cm の短い辺から垂，丸メンコから向かって奥行った．手でメンコを投げているうちに，メンコのひっく側へ直方向に浮き上がる．また，最初に受ける風の量は，り返り方が何種類かあることがわかってきた．また，全て

図５の通り#!
!
$%()"!"!)&'"で表すことができる．特定のに共通してメンコが浮き上がることもわかった．そこで，方向にメンコが動き始めることから，手前の辺の浮き上がメンコの浮き上がる条件を調べようと思い実験を行った．

りやすさを数値で表すと，""0°，30°，60°の場合は最初に

実験では投げるメンコとひっくり返されるメンコとの距離受ける風の 量 の#!
!
$%()"!"!)&'"に %()"を か け てと角度の条件を変えて行った．このとき手でメンコを投げ

"!
"!"
!
#$%
()!)
&'"%
()"となり，90°の場合は風を受ける

ると誤差が大 き くな る の で，メ ン コ を 発 射 さ せ る 装置

量をそのまま用いて 2.1 となる．ゆえに，動き始めやすさの（図１）を作成し実験をした．また，実験では円形の投げる順は 30°，0°，90°，60°となる．
メンコの手前の辺が浮き上がった後に風を受けるのは，メンコと長方形のひっくり返される メ ン コ を 使 用した""0°，30°，60°の場合 3.5 cm の長い辺，""90°の場合は（図２）．

2.1 cm の短い辺となる．そのため，奥側の辺の押されやす
さは ""0°，30°，60°の場合 #!
$%()"となり，90°の場合

２．実験方法円形のメンコの孤からひっくり返される長方形のメンコ

は 2.1 となる．よって奥が浮きやすい順は0°，30°，90°，60°の重心までの最短距離を !とし，1 cm 間隔で 3 cm からとなる．以上のことから，最も手前の辺が浮き上がりやす

6 cm の範囲で実験を行った．また，角度 "は図３の上側のい角度は 30°，最も奥側の辺が押されやすい角度は 0°とな

角メンコを 0°とし，角メンコの重心を中心として 30°ずつる．しかし，""30°の場合，""0°のときよりも手前の辺反時計回りに回転させて 0°から 90°まで実験を行った．
（図３）
３．結果
私達は長方形のメンコの頂点が地面から離れた場合を浮いたと定義し，その中でも特に，４つの頂点すべてが地面から離れた場合を「浮き上がった」．図４の表は円形のメ

図３

図１

図４

図２

図５１９４

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.98, No.4 April 2022

しか浮かず，奥側の辺が浮かないことが多かった．そこで

参考文献!!0°が最も浮き上がりやすいと考えた．また，距離に対

https://gakusyu.shizuoka-.ed.jp/science/sonota/ronnbunshu/

する浮き上がりやすさに相関は見られなかった．

072029.pdf

５．展望
今後は浮き上がりやすさではなく，ひっくり返りやすさについて，メンコの大きさや形によってどう変わるのか調べていきたい．
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宮城県仙台第三高等学校

物理の研究に興味を持ったひとたちが部活動として集まりました．出身中学が異なり，最初は全く面識のないひとたちでしたが，研究を進める内に互いのことを知り，仲が深まりました．また，北野先生のご指導のもと，発表におけるポスターの作り方や話し方を学びました．
今回の機会を通して，研究や発表に必要な力を身につけることができました．このような機会をいただき，誠にありがとうございました．

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