巨大な「D」の正体とは？国立科学博物館で出会った加速器・サイクロトロンの迫力
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
宇宙や物質の謎を解き明かすために、目に見えないほど小さな粒子をぶん回して加速させる装置をご存知でしょうか？その名は「サイクロトロン」。高校物理の教科書にも登場する有名な加速器ですが、文字や図だけではなかなかそのスケール感をイメージしにくいものです。今回は、国立科学博物館で出会った本物の装置と、その仕組みを驚くほど分かりやすく解説してくれる素晴らしいデジタル教材をご紹介します。
巨大な「D」が粒子を回す！国立科学博物館のサイクロトロン
高校物理で「加速器」といえば、真っ先に名前が挙がるのが「サイクロトロン」です。これは「D」の形をした2つの電極を向かい合わせ、その中で磁場と電場の力を巧みに使って、電子などの粒子を螺旋状に加速させていく装置です。
先日、上野にある国立科学博物館を訪れた際、実際に使われていたサイクロトロンの展示を見つけました。実物を目の当たりにして、そのあまりの巨大さに圧倒されました！
こちらが核心部である「D」の部分の拡大図です。2つの巨大な半円が組み合わされている様子がはっきりと分かりますね。
この巨大な金属の塊の中で、目に見えないほど小さな粒子が猛スピードで駆け巡っていたのだと思うと、科学の歴史の重みを感じてワクワクしてしまいます。
視覚的に理解する「サイクロトロンの仕組み」
サイクロトロンの原理を生徒たちに説明するとき、頭の中で「円運動」と「交流電源による加速」を同時にイメージさせるのは、実はなかなか骨が折れる作業です。何か良い教材はないかと探していたところ、「高校物理 ＣＧ 動画 教材」という素晴らしいサイトを発見しました！
こちらのサイトは高校の先生が制作されているようで、サイクロトロンの複雑な動きをCGアニメーションで完璧に再現しています。特筆すべきは、その「操作性」です。 「円運動のみ」「交流電源の切り替え」「加速の瞬間」といったように、説明したいステップに合わせて表示を切り替えることができるようになっています。実際に授業で使ってみたのですが、静止画では伝えきれなかった「タイミングよく電場を切り替えて加速する様子」が手に取るように伝わり、驚くほどスムーズに説明ができました。
実物の迫力を知ることで「なぜこんな形をしているのか？」という疑問が生まれ、CG教材で動きを見ることで「なるほど、こう動くのか！」という納得に変わります。サイクロトロンの原理を学んでいる皆さんも、機会があればぜひ科博でその大きさを体感してみてください。きっと、物理の勉強がもっと立体的に、面白く感じられるはずですよ。
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