電磁気学教材としての簡易電子顕微鏡製作

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近年、市販の実験装置は、高性能化するとともに、使いやすさにも大きな向上がみられる。しかし、装置の使いやすさの向上は、迅速な研究に貢献する一方で、装置の原理や仕組みのブラックボックス化を招くことがある。装置のブラックボックス化は、学生が装置について理解せず使用してしまうことがあるため、教育機関としては望ましくない面がある。本研究の目的は、装置の仕組みや測定原理と電磁気学をつなげて考えることができる教材として、簡易電子顕微鏡を製作することである。自作の単純な装置によって、基礎教育における電磁気学の知識と実際の実験装置とのつながりを、学生に考えてもらうことを目標とした。本年度の研究では、主に「静電磁場中の電荷の運動」の教材を目指して、電子顕微鏡の主要部分である電子銃及び電子レンズ系の製作を行った。具体的には、電子顕微鏡鏡筒、タングステンフィラメント熱電子銃、加速電圧用高圧電源(コッククロフト・ウォルトン回路)、フィラメント電源、コンデンサレンズ、偏向コイル、磁場測定器、蛍光板などの製作を行った。製作した部品を利用して、以下のようなデモ実験を計画した。1. コッククロフト・ウォルトン回路による高電圧の発生2. タングステンフィラメントの熱電子放出3. 電子レンズ(コイル)の作る磁場測定4. 蛍光板による電子線の観察5. 電子レンズの作る磁場による電子線の収束と偏向上記実験の結果は、基礎的な電磁気学の近似計算によってほぼ再現でき、電磁気学の教材として利用できることを確認した。現状での問題として、鏡筒内の真空度が悪いため、フィラメントの寿命が短いことが挙げられる。この点については、排気系を強化して改善する予定である。また、次年度以降の研究では、電子顕微鏡の検出器系などの製作を進めていく予定である。