2020 Fiscal Year Research-status Report
放電ランプを使った新しい光電効果実験教材の開発とその実用化に向けた研究
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19K03137
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
大向 隆三 埼玉大学, 教育学部, 教授 (40359089)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 一史 埼玉大学, 教育学部, 教授 (40178421)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 仕事関数 / 中空陰極ランプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は我々の提案する放電ランプを用いた仕事関数測定技術において、汎用性を確かめるための研究に着手した。
今までに成功したセシウムやカリウム以外の金属元素について、それが陰極元素となっているホロカソードランプを用い、従来と同様の方法で仕事関数を測定できるかについて実験した。これまでの測定で用いた元素はアルカリ金属であったため、そこに属さない希土類元素のユーロピウムが陰極に使われたホロカソードランプで実験を行った。ユーロピウムは光電子分光法により仕事関数を測定した報告例があり、それによると可視波長域が限界波長（496 nm）であることがわかっているので、目で見ながら実験配置の調整もでき、実験方法の簡便さという点でも好都合であった。光源として白色光源のハロゲンランプを用いて、フィルターにより単色化した光をランプ陰極にあてながらその波長を変え、高感度光計測技術を駆使して光電効果信号を検出した。得られた実験データと理論式とのフィッティングによりランプ陰極に含まれるユーロピウムの限界波長を決定できた。その値はランプ電極間の印加電圧100Vのとき 502±39 nm、200Vのとき507±52 nm、300Vのとき 497±28 nm、400Vのとき 496±37 nm、500Vのとき 499 ± 36nm、600Vのとき 490 ± 34 nmであった。これら6つの限界波長は、真空中で常温のユーロピウムの限界波長の報告例（496 nm）と比べると、それぞれ誤差の範囲で一致した。また、光源にLEDを用いて得られた限界波長も、やはり誤差の範囲で従来報告されている値と一致した。これらより、初めてホロカソードランプの陰極ユーロピウム原子の仕事関数測定を測定できたと結論した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の研究で我々の提案する測定方法の汎用性が概ね証明された。信頼度の高い測定技術であることが示唆された。ホロカソードランプ陰極中のユーロピウム原子について、このたび初めて仕事関数を求めることができるなど、新規の成果も得られた。実験教材として実用化するに向けた、大きな進展だと評価できる。
高精度化についてはまだ問題が残っており、光源を単純に高パワー化するだけでは不十分であることが当該年度の研究からわかったので、その原因を探索することと、具体的な対策を検討することが本研究課題の目標達成に向けた喫緊の課題として重要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は下記の点を中心に研究を継続する。
・セシウム、カリウムと同じアルカリ金属での仕事関数測定（同一の族での違いを比較）
・照射光軸の調整とパワー測定方法の改良（再現性の良い照射光配置の確立）
・光電効果信号の統計的処理方法の検討（データロガーを用いた信号記録とデータ処理）
・物理実験教材としての活用方法の検討
特に教材の実用化に向けて4点目の項目について掘り下げて考察し、実用化を前提にここでの測定系全体をコンパクトな配置、システマチックな装置構成へと改良できるよう試みたい。
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| Causes of Carryover |
物理実験教材への実用化に向けた研究が少し遅れたため、大きな金額を支出する実験機器購入が2021年度回しになったことが原因である。あえていえば新型コロナウィルスの影響で2020年度前半に実験の進捗が遅れたことによるが、年度後半にその遅れは回復しており、研究費支出のタイミングが2021年度になってしまった。現時点で速やかに実施可能な状況なので、当初の研究計画に従って繰り越した金額を合わせて支出する。
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