Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018

■第１６回高校生シンポジウム「未来をつくるプラズマ −体験してみよう！総合工学のフロンティア−」実施報告
筑波大学プラズマ研究センター
坂本瑞樹（本会理事）
プラズマ・核融合学会では，高校生の理科離れへの対策と科学に対する興味を深めてもらうために，２００３年より毎年全国の大学・研究機関等を会場として「高校生シンポジウム」を開催してきました．このシンポジウムでは，高校生が日頃行ってきた科学研究の成果を発表し，高校生同士で質疑応答をして刺激を受け合い，研究者による先端科学講演や大学・研究機関の研究設備を見学することで最先端

ほか学会関係の参加者は１２名でした．発表件数としては，の研究に触れ，科学の面白さや楽しさを実感してもらって口頭発表６件，ポスター発表１２件で，全１８件の発表のうちきました．

１２件がプラズマに関係した発表内容でした．ポスター発表

若年層の「理科離れ」は深刻な問題である一方で，高校では６件ずつ前半と後半に分かれて発表し，高校生同士が独自のプログラムや SSH/SPP プログラムによって先進的質疑応答できるようにしました．参加者の多くがプラズマな理科教育が行われ，高校生シンポジウムでも優秀な発表

実習を受けて同じ興味や問題意識を持っているためか，口が多く行われてきました．しかし，それらの発表のほとん頭発表，ポスター発表での高校生同士の質疑応答が活発にどがプラズマ以外の研究テーマでした．プラズマ研究はま行われていたのが印象的でした．

さに総合工学のフロンティアですが，高校の教科書ではほポスター発表の後には，LHD スタッフのご協力で，とんど扱われておらず，高校生がプラズマ研究に触れる機

LHD の運転制御室，LHD 模型や関連機器，超伝導線材の展会はほとんどありません．そこで今回は，より多くの高校

示，液体ヘリウム製造施設などの見学が行われました．

生にプラズマや核融合に興味を持ってもらい，プラズマ研

LHD 実験の規模の大きさや大画面テレビに映し出される究，核融合研究の面白さを伝えるとともに，高校生に学習プラズマ生成・制御の様子を見学した参加者はそのすごさの場を提供し，広く啓発活動を進めるために，プラズマ・を実感していました．

核融合に関係する実習の場を高校生に提供して，その実この見学会の最中に審査委員会（委員長：吉田善章会

習・研究内容を高校生シンポジウムで発表してもらう機会長，審査委員８名）が開かれ，厳正な審査の結果，以下のを作りました．全国の研究室にプラズマ実習のための高校ように受賞が決まりました．どの発表も素晴らしく，審査生受け入れをお願いし，文末の「事前プラズマ実習受入研委員会での賞の選定には苦労しました．

究室一覧」にあるように，全国規模の実習受入体制を構築〇最優秀発表賞することができました．今回は１６の大学・研究機関の２３研「プラズマによる流体制御の研究」澁谷佳輝（口頭），究室がプラズマ実習の機会を提供してくれました．

佐々木隼暉（口頭），横山航大（ポスター），佐藤

高校生は夏休みに大学の研究室で実習と研究指導を受け

翼（ポスター）（福島県立福島高等学校）て，その内容を発表形式にまとめ上げ，２０１８年９月２２日!

〇口頭発表最優秀賞に核融合科学研究所大会議室でその成果を発表しました．

「大気圧プラズマ表面改質でみられたテフロンと両面

今回の参加校は，文末の参加校一覧にある通り１３校で，４０テープの接触性の変化」稲葉結衣，寺倉結菜，江原名の高校生と１３名の高校教員の皆さんが参加されました．

（愛知県立一宮高等学校）

悠〇口頭発表優秀賞「界面活性剤の洗浄作用に対する炭化水素基の影響」
小泉勇樹（茨城県立水戸第一高等学校）〇ポスター発表最優秀賞「ろうそくの炎が帯電するメカニズム」片瀬瑛仁，坂本直哉，鈴木陽介（名古屋市立向陽高等学校）〇ポスター発表優秀賞「空気による低圧グロー放電中のプラズマの発光スペクトルの起因に関する研究」池上幸祐，佐原大暉（立命館高等学校）「プラズマ処理と水の抵抗」椿崎聡，福永悠光，藤本晴嵩，水谷祐太（名古屋経済大学市邨高等学校）
口頭発表とポスター発表が同じ内容でどちらも最優秀発
６１８

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018

表に値するものに両発表を合わせて「最優秀発表賞」を授研究室），筑波大学（坂本研究室），東京大学（吉田・西浦

与しました．また，今回は全国規模の参加が期待されまし研究室，高瀬・江尻研究室），日本大学（浅井研究室，荒巻たので，参加者の負担軽減等の観点から新しい取り組みと研究室，高杉研究室），東海大学（利根川研究室），富山大

して，TV 会議システムを用いた遠隔発表も可能としまし

学（波多野研究室），金沢大学（上杉・田中研究室），核融た．水戸第一高等学校の発表が筑波大学からの TV 会議発合科学研究所（能登研究室，吉村（信）研究室），名古屋大学

表でした．

（大野・梶田・田中研究室，豊田研究室），京都大学（門研

今回のプラズマ実習とシンポジウムでの発表を通して，究室），大阪大学（上田研究室），兵庫県立大学（永田・福参加した高校生にはプラズマの面白さや科学への興味，研本・菊池研究室），広島大学（難波研究室，桧垣・伊藤研究

究の楽しさを実感してもらうことができたと思います．こ室），愛媛大学（神野研究室，前原研究室），九州大学（出の経験が彼らの今後の糧となることを期待しています．ま射研究室）

た，プラズマ実習の機会を与えてくれた研究室の方々にはご苦労が多かったと思います．高校生シンポジウム開催に・参加校一覧（１３校）

ご協力いただいた皆様に感謝申し上げます．来年度も同様

福島県立福島高等学校，茨城県立水戸第一高等学校，日本の取り組みで高校生シンポジウムを行いますので，どうぞ大学第一高等学校，日本大学豊山中学・高等学校，静岡聖ご協力をよろしくお願いいたします．

光学院高等学校，愛知県立一宮高等学校，豊田工業高等専
門学校，名古屋市立向陽高等学校，名古屋経済大学市邨高

・事前プラズマ実習受入研究室一覧（下線は高校生が実習等学校，岐阜県立加茂高等学校，福井県立藤島高等学校，を行った研究室）

立命館高等学校，岡山県立玉野高等学校

北海道大学（佐々木研究室），東北大学（安藤・高橋・小室■プラズマによる流体制御の研究

を流れる流体の可視化ではスモークワイヤ法を実施した．

福島県立福島高等学校 SS 部プラズマ班

ニクロム線に塗った流動パラフィンを気化することでス

２年 澁谷佳輝，佐々木隼暉，１年 佐藤翼，横山航大

モークを発生させ，緑色 LED を照射し，流体の流れをデジ
タル一眼レフカメラ（Nikon D7200）で動画撮影した（図４）．

１．動機及び目的

なお，本研究でのプラズマ発生位置（!"!）の表し方と迎角（!），本実験で面積測定した剥離領域は図５，図６のと再生可能エネルギーの活用が国際的に注目されている
中，風力発電では発電効率向上や安定的な電力供給に課題おりである．

があることが現状である．そこで私たちは

実験１

プラズマアク実 験 条 件 は，!!0°〜40°（１０°ご と），!"! !0％〜40％

チュエータ（PA） を用いて流体の制御を行い，風力発電の課題解決と普及促進をめざすこととした．

（１０％ごと）である．
実験２

風力発電風車のブレード表面において，流体の流れが剥がれることで生じる剥離領域

翼型周辺の流体の剥離領域面積測定

各迎角の剥離位置（図７）でプラズマを発生さの発生は風車の回転を妨げる力（抗力）の増加をもたらす．そのため，流体の剥離を抑制し剥離領域を減少させることは，風車の回転効率向上に必要不可欠である．昨年度までの研究では，PAによって剥離領域を減少させられることが確認された．そこで本研究においては，PA を用いた際の①流体の流れの可視化，②翼型周辺の流体の流れと剥離領域面積測定及び PA の最

図１

PA の構造．

図３

実験装置全体．

図２

翼型（自作）．

適位置の検討，③剥離領域の減少が翼型の揚力に及ぼす影響の観測を目的に実験を実施した．
２．実験方法PA は，電極となる２枚の銅テープの間に絶縁体のポリイミドテープが挟まれた構造であり（図１），プラズマを発生させることで流体の流れを誘起する特性がある．これ

図４

流体可視化の様子．

により PA 周辺の流体の流れを変化させることが可能である．本実験では，長さ 20 cm の PA をアクリル製の翼型に設置し（図２），交流 2700 V を印加し電極間にプラズマを発生させた．プラズマ発生による消費電力は 3.6 W（18 W/m）である．実験装置全体の様子を図３に示す．送風機から送図５り込んだ風をハニカムと風洞を用いて整流した．翼型周辺
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XPA 表し方．

図６ !と剥離領域の定義．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018

少の一定効果が得られていることも確認できた．

せた際の剥離領域面積測定−87％），（5°−28％），実 験 条 件 は，（!!!"!）＝（0°

実験１

解析２：ストリーク図の作成

解析１で認められた剥離領域面積の減少が PA の効果に（15°−38％）とした．
なお，実験１，２では撮影した動画から各条件のプラズよるものかを確かめるためにストリーク図（翼型後縁上部マOFF時及びプラズマON時それぞれ１０枚ずつ静止画像をの濃淡値の時間変化を表す，図１０左）を作成した．縦軸は抽出し，画像処理ソフト（Image J）により画像を単色化，平翼型表面からの距離，横軸は時間変化を示す．白い部分は均化したのち，剥離領域面積を測定した．

流線があることを示している．また，ストリーク図からプ検証実験

ラズマ OFF 時・ON 時それぞれの濃淡値を平均化してグラ翼型に生じる揚力の測定

フ化した（図１０右）．剥離領域面積減少割合が最も大き剥離領域の減少が翼型に生じる揚力の増加につながるの（5°ごと）としかを調べるため，!"! "０％，!"０°〜２０°

かった（!!!"!）＝（１０°−２０％）の条件ではプ ラ ズ マ OFFて揚力計測実験を行った．揚力の測定には電子天秤を用い時（破線）グラフに比べプラズマ ON 時（実線）グラフがた．

下方に移動していることから，PA の効果により流線が翼型に引き寄せられ剥離領域が減少していることが確認でき

３．実験結果た．さらに（!!!"!）＝（１０°−２０％）では，!"! が剥離位

実験１置とほぼ一致していることも確認できた．

解析１：剥離領域面積の減少割合

プラズマ発生により，剥離領域面積の減少が確認された

実験２（図８）．プラズマOFF時とON時の剥離領域面積減少割合

結果を表２に示す．

どの条件においても大きな剥離領域面積の減少が確認さを表１に示す．剥離領域面積の減少割合が最も大きかった

れた．

条件は，（!!!"!）＝（１０°−２０％）のときである（図９）．ま検証実験

た，どの迎角の場合でも，!"! "０％において剥離領域減どの条件においても翼型に生じる揚力の増加が見られ結果を図１１に示す．

た．特に，!"! が剥離位置と重なる !"２０°においては大きな揚力の増加が見られた．
４．考察!．プラズマ発生位置による剥離領域への影響
実験１の結果より，流体中または剥離位置でのプラズマ発生は剥離領域に流体の流れを発生させ，剥離領域減少の

図７

図８

解析例（!− XPA）＝
（10°− 20%）
解析画像．
表１!

!"!
0°
10°
20°
30°
40°

迎角と剥離位置の関係．

図１０ ストリーク図の作成と濃淡値のグラフ化．

剥離領域減少割合（％）
．

0%

10%

20%

30%

40%

19.1
5.8
18.4
11.2
10.8

14.5
11.9
39.4
8.9
5.6

16.8
42.8
7.9
4.3
4.0

15.4
24.7
4.2
1.5
1.7

16.9
21.5
2.9
0.13
0.87

図９

表２．
解析１ !＝ 10°

迎角（!），PA 位置（XPA）と剥離領域の関係．

!

XPA

0°
5°
15°

87%
28%
38%

剥離領域（mm2）
OFFON
０29.2
００9.1
414.7
257.8
533.9
311.6

剥離領域減少割合

図１
１ 電子天秤を用いた揚力計測実験結果．

６２０68.7%
37.8%
41.6%

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018効率化を図ることが可能であると考えられる．しかし，剥るには PA を翼型前縁に設定し，迎角の変化に関わらず一離領域中でのプラズマ発生は流体の流れを乱流化させるた定の剥離領域減少効果を得ることが効果的であると考えら

めに剥離領域面積が安定しないことから剥離領域減少の効れる．以上より，風力発電において，PA による流体制御を果は不安定であると考える．

することで剥離制御とそれに伴う揚力減少抑制を行うこと!．プラズマ発生の最適位置と迎角の関係が可能であると考える．

実験１・実験２の結果より，迎角を固定して最大の剥離５．今後の展望領域減少効果を得るためには，!"! を剥離位置に設定することが最適であると考えられる．一方で，異なる迎角に対風力発電風車への応用を見据えて，小型風力発電風車にして平均的に効果を得るためには !"!を翼型前縁に設置す

本研究を応用し，プラズマ発生による発電電力の変化のることが最適であり，どの迎角に対しても一定の剥離領域データ化を進める．

減少効果が得られることがわかった．
"．風力発電への応用をめざして謝辞

風力発電では周囲の風速やブレードの回転速度によって東北大学大学院工学研究科助教小室淳史先生を始めとす実効的な迎角が変化し剥離領域が発生する．これは風力発る多くの方々のご協力をいただきました．この場をお借り電の発電効率を考えた場合に問題となるが，これを解決すして御礼申し上げます．

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福島高校スーパーサイエンス部プラズマ班

昨年度に班を立ち上げ，風力発電の発電効率向上や安定的な電力供給をめざして研究しています．現在１・２年生９名で活動中
です．可能な限り自作の装置を使用して実験を行うことをモットーとし，多くの方のご協力をいただきながら活動しています．

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■大気圧プラズマ表面改質でみられたテフロンと両面テープの接着性の変化③テフロンと両面テープの接着力の測定〈測定装置〉

愛知県立一宮高等学校

図３に測定装置の概要を示す．測定方法は，テフロン板

稲葉結衣，寺倉結菜，江原悠に両面テープを貼り付けたアクリル片（接着部）を押し付け，接着部にひもを通し，定滑車を介してペットボトルに１．はじめにより引く．ペットボトルに少しずつ水を入れ，接着が剥が

大気圧プラズマを物質に照射すると物質表面の性質を変えることができる．その技術を利用して，テフロンと両面れたときの重さを接着力とした．
〈圧着方法〉

テープの接着性を高めることを目的として研究を行った．

両面テープとテフロンを一定の力で一様に圧着するためテフロンは耐薬品性，高絶縁性などの特長があり，半導体に，250 g のおもりを１分間載せた．また，垂直に圧着しや製造装置や電線被覆などに用いられているが，接着性が低すくするために補助具を作成した（図４）．

いことが利用上の難点とされている．
３．実験
２．研究方法

（１）実験１

（１）仮説

①実験方法

大気圧プラズマの表面改質でテフロンの表面が水に濡れ・両面テープにはニチバン株式会社「ナイスタック」のやすくなると両面テープとの接着性が高まる．

粘着力「普通」を使用した．

（２）実験方法②測定結果

以下にこの研究で用いた実験手法を示す．

測定結果を図５に示した．未処理（処理時間０秒）の①大気圧プラズマ処理（図１）場合と比べて，プラズマ処理を行った試料では，濡れ性大気圧プラズマ処理は名古屋大学工学部豊田研究室に依が大きくなり，それに伴って接着力が向上していること頼した．処理条件を以下に示す．
マイクロ波：400 W
流量：500 sccm

気体：ヘリウム

スロット幅：0.16 mmスロット長さ：180 mm
処 理 時 間：表面改質の度合いに幅をもたせるために５秒，１０秒，３０秒，６０秒と変化させた．
②接触角による濡れ性の測定
図３

物質の表面と水滴がなす角（図２の !）を接触角という．

接着力の測定方法．

今回は接触角計により Tangent 法により測定した．この値が小さいほど濡れ性が大きいということができる．

図４

図１

接着部のテフロンへの圧着方法．

大気圧プラズマ処理装置．

図２

濡れ性の評価．

図５６２２

実験１の結果．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018が読み取れる．ただし，処理時間が長いほど濡れ性が大きくなるといった単純な結果とはならなかった．
（２）実験２
他の物質でも同様の傾向が見られるのかについて試料をポリイミドに替えて実験を行った．
①実験方法
・テフロンをポリイミドに替えて実験１と同じ実験を行った．
②測定結果
測定結果を図６に示した．ポリイミド樹脂の場合はプラズマ処理の時間が長いほど濡れ性が向上した．樹脂と図６

両面テープ間の接着力は，処理時間１０秒の１回を除き，実験２の結果．

濡れ性が大きくなるほど大きくなっていることがわかる．
テープとの接着性が高まる傾向が確認できた．これによっ
４．考察て，プラズマ処理により接着性の低さが課題であったテフ

実験１と実験２の結果を見ると，テフロンとポリイミドロン樹脂の接着性を高められる可能性があるといえる．今はどちらの試料の場合にも樹脂表面への濡れ性が大きいほ後の展望は，接着力の測定方法の改善を行ったり測定回数ど両面テープとの接着力が強くなる傾向が読み取れる．そを増やし，研究の精度を向上させる必要がある．

して，この結果の原因については，樹脂表面の親水基が多謝くなると，両面テープの粘着物質との間の分子間引力が大辞きくなり，そのために接着力が向上すると考えることがで大変にお忙しい中にも関わらず，温かいご指導頂いた，きる．ただし，測定のばらつきが大きいため，さらに測定

名古屋大学工学部電気電子情報工学科の豊田浩孝先生，鈴

回数を増やす必要がある．

木陽香先生に感謝申し上げます．また，同研究室大学院生の石川翔太さんには，貴重な研究時間を割いて，樹脂の大５．まとめ気圧プラズマ処理を行っていただきました．感謝申し上げ

今回の研究から，樹脂表面の濡れ性が大きくなると両面ます．

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一宮高校

それぞれがプラズマに興味を持っていたとはいえ，研究に取り組んだことのない１年生の３人は，多くの困難を体験しました．
装置の再検討で水の泡と消えた１日半の測定．意見が合わずやりかけては初めに戻った研究．こうした体験を通して，価値観の異なる相手と粘り強く研究を続けることの大切さを学んだように思います（写真は接触角測定の様子）．

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■ろうそくの炎が帯電するメカニズム〜事前研究と展望の報告〜を続ける．すると静電気力は回転を阻止する形で復元力となる．以下同様にして，電場があってエネルギーの損失が名古屋市立向陽高等学校ない限り，導体は反復運動を続ける振子となる．また，振２年 片瀬瑛仁，坂本直哉，鈴木陽介

子の周期を正確に測定するため，振子の針状の先端を磁力で吊り下げ，磁力をできるだけ弱くすることで，振子には１．研究の動機

たらく摩擦力を小さくした．測定の際，振子を５往復させて周期を測定し，信頼できる高電圧電源装置（1.00×103 V）

ろうそくの炎に電場をかけると電場の方向に傾くことがで較正し，電圧の値とした．運動方程式より，分かっており，この振る舞いは，炎が帯電していることが関係している．なぜこのような振る舞いを見せるのかその

"
#% !
')!%
*+!
#""&+
" "!"
&'

メカニズムを解明するため研究を始めた．
２．事前研究１：振子の長#：慣性モーメント，!：定数，"：電場，"
&

電圧測定

２．
１ 測定原理回路をもつ高電圧電源を使用した．出力電圧は１０段階で変"さ，とした．!#!では上式は，#% !
!で近似さ
#""&
" "!"
&'
れ，振子の振動数は電場の強さに比例することがわかる．

えられるようになっている．この電源装置は，出力端にコ２．
２ 測定結果本研究では図１のような，コッククロフト‐ウォルトンンデンサを使用しているため，電流が流れると電圧が低下

図５のグラフは，横軸が電源装置の１０段階の出力位置，してしまう．そこで，この電源装置の電圧を測定するにあ縦軸が振子の振動数である．較正した結果，電源装置の出たり，電流が流れることなく電圧を測定できる回転振子型

力の最小値（$(')）と最大値（$($,）は，それぞれ静電電圧計（図２），並びに回転振子（図３）を自作した．

1.3×103 V≦$(')≦1.4×103 V，

図４は，電圧計の模式図である．

9.2×103 V≦$($,≦1.0×104 V

２枚の平行電極の中央に導体（回転振子）を吊るし，自由に回転できるようにする．平行電極間に電場をかけるの範囲にあることがわかった．と，静電誘導により導体は回転を始め，電場に平行になろうとするが，電場に平行になった後も慣性により回転運動

図５

図１

３．実験１

コッククロフト・ウォルトン回路．

電圧測定の結果．

ろうそくの炎の形状

３．
１ 再現実験よりろうそくの炎をはさんで，上下に金網電極を設置し，上をマイナス，下にはプラスとなるように垂直上向きに電場をかけると，ろうそくの炎が負極側に引き寄せられた．このときろうそくの炎の先が割れていた．このろうそくの炎が伸びる原因はろうそくの炎が負極側に引き寄せられるか
図２

電圧計の外観（この中に図３に示す回転振子をつるす）
．

図４

図３

回転振子．

らであることは既にわかっている．なお，この実験では実験１で電圧測定を行った電源装置を用いた．

電圧計全体図．

図６

６２４

炎の先が割れている様子．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018３．
２ 実験結果を説明できる仮説
再現実験の時に生じた，上下に電場をかけると，ろうそくの炎の先が割れる現象は，金網電極の網目に向かってそれぞれのろうそくの炎が向かっていたことにより炎の先が割れていることが原因で発生して，一様な電場が作れないのではないか，と仮説をたてた．
仮説の検証のために，金網を金属板に変え，ろうそくの炎の先が割れないことを確認するとよいと考えた．
図８３．
３ 実証実験

スライドガラスは，写真のように段ボールにテープで付けた．

上下に設置した金網電極の代わりに金属板電極を設置し，あとは再現実験と同様の実験を行った．
３．
４ 実証実験の結果
炎の先は割れなかった．しかし，すすが金属板電極に付着した．付着したすすによって発生していた一様な電場はすぐ失われてしまったようで，炎の先はまた割れだした．
また，金属板電極間の距離を遠くすると金属板電極にすすの付着する量は減ったが，ろうそくの炎が金属板電極間を遠くする前に比べて負極側に引き寄せられなくなったことから電場が弱くなったためといえる．
３．
５ 考察

図９

負極板の顕微鏡写真（×１００）．

一様な電場を作るためには金網電極よりも金属板電極のほうが好ましいかと考えたが，金網電極を用いた方が金属が，それがすすなのか汚れなのかはわからなかった．

板電極を用いた場合よりもすすが金網を通過できるため，

４．
４ 実証実験２

すすがつくことによる電場への影響は少なく，一様とは言すすが本来どのような形をしているのか調べるため，ろい切れないまでも，安定した電場ができることがわかった．

うそくの炎に息をかけ，すすが出ているのを確認してから

４．実験２

４．
５ 実証実験２の結果

炎の真上にスライドガラスをかざして，顕微鏡で観察した．
すすの帯電

図１０のようなすすが観察された．すすの粒の形は角ばっ

４．
１ 実験結果を説明できる仮説ており，粒同士の間隔は広かった．

すすに帯電したものとそうでないものがあるとすると，
実験１で電極板に付着したすすを顕微鏡で観察すれば，帯電したすすとそうでないすすに違いがみられるのではないか，と仮説をたてた．
４．
２ 実証実験１
図７のようにして，ろうそくからでた気体に電場をかけたときに，先の実験１のように上のスライドガラスにすすがつくはずである．付着したすすが正に帯電しているならば，負極側により多くのすすが付着する．両極板の電位差は約 1.0×104 V とした．

図１０ スライドガラスに付着したすす（×４００）．

４．
３ 実証実験１の結果５．今後の展望炎から出たすすは，負極の電極板に付着し，上部のスライドガラスには付着しなかった．顕微鏡で電極板の表面を５．
１ 炭素の熱電子放出観察すると，図９のようにすすと思われるものが付着して

５．
１．
１ 仮説

いた．

ろうそくは電場の中に置くと炎が負極側に傾くが，ろうスライドガラスを観察したところ，何かが付着していた

そくの炎の温度はすすが電離するには低いため，プラズマ化しているとは考えにくい．ろうに含まれている炭素を熱することで高い電場のもとで熱電子を放出し，正に帯電しているのだと考えた．
５．
１．
２ 実証実験
カーボンファイバーを炎の中にいれ，その動きをみる．
５．
２ 水素の炎に電場をかける
５．
２．
１ 仮説

図７

炎の上部に電場をかけ，上のスライドガラスにすすをつける．

炭素が熱電子放出をすることで炎が正に帯電し，電場の
６２５

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.94, No.12 December 2018

影響を受けて傾くと考えた．水素の燃焼によって生じた炎を用いて実験する．この炎には炭素は含まれないため，この炎が電場の方向に傾かなければ，炎の帯電は炭素に起因することが確認できる．逆にこの炎が電場の方向に傾けば，炎の振る舞いは水素，もしくは他の物質に関係していることがわかる．
５．
２．
２ 実証実験
図１
１ 水素をためる装置．

装置は，ペットボトルを半分に切り，その上部を使う．
口の部分にゴム栓をつけ，その中央部にガラス管をさし，水素の出口とする．この装置の下部から気体の水素を注入とご助言をいただきました．この場をお借りして，感謝申し，水素が抜けていかないようにガラス管にカバーをしてし上げます．

水素をためる．そののち，ガラス管上部に火を近づけ，口を開き点火する．このようにして作った炎に電場をかけ，参考文献

その振る舞いを観察する．

［１］藤田順治：たかがロウソク，されどロウソク−理科教
育にも使える身近なプラズマ：プラズマ・核融合学会
誌 88, 297 (2012).
［２］ファラデー：ろうそくの科学 竹内敬人訳（岩波文庫）．

謝辞
本研究において，核融合科学研究所・名古屋大学順治名誉教授，名古屋大学

藤田大野哲靖教授に多くのご指導!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

名古屋市立向陽高等学校

私たちは，名古屋市立向陽高等学校国際科学科の２年に在籍しております．今年度の４月からろうそくの炎に電場をかける実験をしております．物理の授業では，まだ電気の分野には入っていないため，実験と学習を並行して行い日々苦戦しております．
今回の「高校生シンポジウム」に参加して，たくさんのご助言をいただけたことに感謝しております．

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