Mikä on valtava ”D”? Kansallisessa tiedemuseossa koettu syklotronikiihdyttimen huima voima
Hei, tässä tiedevalmentaja Ken Kuwako. Minulle jokainen päivä on uusi koe!
Oletko koskaan kuullut laitteesta, joka pyörittää ja kiihdyttää silmälle näkymättömiä hiukkasia hurjaan vauhtiin selvittääkseen maailmankaikkeuden ja aineen salaisuuksia? Sen nimi on syklotroni. Tämä kuuluisa hiukkaskiihdytin tulee tutuksi jo lukion fysiikan oppikirjoista, mutta pelkkien tekstien ja kuvien perusteella sen valtavaa mittakaavaa on usein vaikea hahmottaa. Tässä postauksessa esittelen Tokion kansallisessa luonnontieteellisessä museossa näkemäni aidon laitteen sekä upean digitaalisen oppimateriaalin, joka tekee sen toimintaperiaatteesta uskomattoman helppoa ymmärtää.
Valtavat D-kirjaimet pyörittävät hiukkasia! Museon syklotroni
Kun lukiossa puhutaan hiukkaskiihdyttimistä, ensimmäisenä mieleen tulee yleensä syklotroni. Se koostuu kahdesta D-kirjaimen muotoisesta elektrodista, jotka on asetettu vastakkain. Laitteen sisällä hyödynnetään taitavasti magneetti- ja sähkökenttiä, joiden avulla hiukkaset – kuten elektronit – kiihdytetään spiraalimaiseen liikkeeseen.
Käydessäni hiljattain Uenossa sijaitsevassa kansallisessa luonnontieteellisessä museossa löysin näyttelystä aidon, aikoinaan käytössä olleen syklotronin. Kun näin laitteen omin silmin, sen valtava koko teki minuun suuren vaikutuksen!
Tässä on lähikuva laitteen sydämestä, eli D-osasta. Voit nähdä selvästi, kuinka kaksi jättimäistä puoliympyrää on yhdistetty toisiinsa.
On todella jännittävää ajatella, kuinka näkymättömän pienet hiukkaset ovat kiitäneet huimaa vauhtia tässä massiivisessa metallijärkäleessä. Siinä hetkessä tieteen historian painoarvo tuntui melkein käsin kosketeltavalta!
Ymmärrä syklotronin toiminta visuaalisesti
Kun opiskelijoille yritetään selittää syklotronin periaatetta, on usein haastavaa saada heidät visualisoimaan samanaikaisesti sekä ympyräliike että vaihtovirtalähteen aikaansaama kiihdytys. Etsiessäni tähän sopivaa materiaalia törmäsin loistavaan sivustoon nimeltä ”Lukion fysiikan CG-animaatiot”.
Sivusto on ilmeisesti lukion opettajan käsialaa, ja se toisintaa syklotronin monimutkaisen liikkeen täydellisesti CG-animaation avulla. Erityisen hienoa on sen käytettävyys: voit vaihtaa näkymää sen mukaan, mitä haluat painottaa – olipa se sitten pelkkä ympyräliike, vaihtovirran kytkeytyminen tai itse kiihdytyshetki. Käytin tätä oppitunnillani, ja se toimi loistavasti! Staattisilla kuvilla on vaikea välittää sitä, miten sähkökenttä vaihdetaan juuri oikealla hetkellä hiukkasen kiihdyttämiseksi, mutta animaation avulla asia avautui oppilaille silmänräpäyksessä.
Kun näkee laitteen todellisen koon, herää kysymys: ”Miksi se on tämän muotoinen?” Kun taas näkee liikkeen animaationa, se muuttuu oivallukseksi: ”Ahaa, näinhän se toimiikin!” Jos sinulla on tilaisuus, suosittelen lämpimästi vierailemaan museossa kokemassa syklotronin koko omin silmin. Se tekee fysiikan opiskelusta taatusti elävämpää ja mielenkiintoisempaa.
Ota yhteyttä tai pyydä tarjous
Tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäs arkea! Olen koonnut helppoja ja hauskoja tiedekokeita, joita voit kokeilla kotona. Tutustu ja kokeile rohkeasti! ・Suosittu blogini on nyt ilmestynyt kirjana. Lue lisää täältä. ・Lisätietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta löydät täältä. ・Yhteydenotot (kirjoitusyhteistyö, luennot, tiedepajat, TV-konsultointi jne.) täältä. ・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!
Tiedevinkkikanava tarjoaa videoita jännittävistä kokeista!
