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サマーチャレンジ 2017
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[[サマーチャレンジ 2017]]~ *1日目 [#h98b216e] ８月１９日 曇り後雨~ 実験者：加賀谷 安田~ ・ガイダンス及び実験の解説~ ・検出器の回路基板の作成~ フォトダイオード及びその周辺回路~ 積分回路及び~ 波高分析回路（反転増幅回路と非反転増幅回路）~ 高電圧回路の作成の検討~ ・シェイパーアンプモジュールの回路については、①から③のうち①までは通電を確認済みである。（担当：加賀谷）~ ・プリアンプモジュールの回路については、はんだ付けをする部分が少し残っているが、明日中には完成できる。（担当：安田）~ ・高電圧モジュールの回路については、今日あった部品についてはすべてはんだ付けが完了している。（担当：安田）~ ・画像は作成状況を撮影したものである。~ &ref(IMG_0727.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュール1（未完成）);~ 図1.シェイパーアンプモジュール1（未完成） &ref(IMG_0728.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュール2（未完成）);~ 図2.シェイパーアンプモジュール2（未完成） &ref(IMG_0726.JPG,,10%,プリアンプモジュール（未完成）);~ 図3.プリアンプモジュール（未完成） &ref(IMG_0725.JPG,,10%,高電圧モジュール1（未完成）);~ 図4.高電圧モジュール1（未完成） &ref(IMG_0724.JPG,,10%,高電圧モシュール2（未完成）);~ 図5.高電圧モジュール2（未完成） *２日目 [#h98b216e] ８月２０日 曇り~ 実験者：加賀谷 安田~ 増幅回路を①から③まで製作し完成させた。~ 完成したシェイパーアンプモジュールの回路を図6および図7に示す。~ &ref(IMG_0732.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールの回路1);~ 図6.シェイパーアンプモジュールの回路（完成）~ &ref(IMG_0733.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールの回路2);~ 図7.シェイパーアンプモジュールの回路2（完成）~ このうち、微分回路及び積分回路の動作を確認し①から③までの機能が果たせていることを確認した。~ 増幅回路は微分回路と積分回路によってノイズが可能な限り取り除かれて波形がガウシアンの形状に近くなる。~ 図8にオシロスコープによって動作確認を行った状況を示す。~ &ref(IMG_0729.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールの動作確認);~ 図8.シェイパーアンプモジュールのオシロスコープによる動作確認~ シェイパーアンプモジュールのトリガー点におけるオシロスコープの出力結果を図9に示す。~ &ref(IMG_0742.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールのトリガー点におけるオシロの出力結果);~ 図9.シェイパーアンプモジュールのトリガー点におけるオシロスコープの出力結果~ プリアンプモジュールを製作し完成させた。~ これをステンレス製の缶の蓋に取り付けてフォトダイオードによりラドンの検出ができるようにした~。 フォトダイオードを蓋に取り付けられるように導線に半田メッキを施すことで安定して取り付けられる処置をした。~ 完成したプリアンプモジュールの回路を図10および図11に示す。 &ref(IMG_0741.JPG,,10%,プリアンプモジュールの回路1);~ 図10.プリアンプモジュールの回路1（完成）~ &ref(IMG_0740.JPG,,10%,プリアンプモジュールの回路2);~ 図11.プリアンプモジュールの回路2（完成）~ 高電圧モジュールを製作し完成させた。~ 完成した高電圧モジュールの回路を図12および図13に示す。~ &ref(IMG_0735.JPG,,10%,高電圧モジュールの回路1);~ 図12.高電圧モジュールの回路1（完成）~ &ref(IMG_0734.JPG,,10%,高電圧モジュールの回路2);~ 図13.高電圧モジュールの回路2（完成）~ すべての回路が完成したため、シェイパーアンプとプリアンプを接続し、オシロスコープにより電圧の増幅を確認した。~ その時のオシロスコープの出力結果を図14に示す。 &ref(IMG_0743.JPG,,10%,増幅回路のオシロによる出力結果);~ 図14.増幅回路のオシロスコープによる出力結果~ 図14より、増幅回路の電圧は1.00Vであることがわかる。~ この結果より、入力電圧は1mVであるから、増幅率は1000倍であることがわかる。~ シェイパーアンプとプリアンプを接続して回路の動作確認を行う際、電源をシェイパーアンプにつないだ時にLEDの光が弱く、かつ、3つのLEDが同時に光らなかった。TAさんと相談し、原因を考えた結果、プリアンプ回路のはんだ付けが少し緩いところがあり、そこが原因であることがわかった。はんだ付けをし直し、もう一度シェイパーアンプとプリアンプを接続して回路の動作確認をすると上手く増幅回路の波形を観測することができた。~ 次に、プリアンプにフォトダイオードを取り付け、全体を組み立て、オシロスコープを用いてラドンの検出を行った。~ TP1～TP3におけるオシロスコープの出力結果を図15～17に示す。 &ref(IMG_0744.JPG,,10%,TP1におけるオシロスコープの出力結果);~ 図15.TP1におけるオシロスコープの出力結果~ &ref(IMG_0745.JPG,,10%,TP2におけるオシロスコープの出力結果);~ 図16.TP2におけるオシロスコープの出力結果~ &ref(IMG_0746.JPG,,10%,TP3におけるオシロスコープの出力結果);~ 図17.TP3におけるオシロスコープの出力結果~ *3日目 [#h98b216e] ８月２1日 晴れ~ 実験者：加賀谷 安田~ データ収集制御をするため、Arduinoを用いてプログラムを作成した。~ Arduinoの練習として例題1～3をプログラムを作成し、実行した。~ また、ラドン検出器用のデータ収集プログラムを作成した。まだ実行はできていない。~ ラドン検出器用のデータ収集プログラムの中のGate信号に関しては、ファンクションジェネレータで疑似波形を作り、~ ADCの値がピークの時にホールドできるように調節した。~ その時のオシロスコープの出力結果を図18に示す。 &ref(IMG_0750.JPG,,10%,Gate信号の確認);~ 図18.Gate信号の確認（CH1[黄色]:TP3,CH2[水色]:トリガー,CH3[ピンク]:Gate信号,CH4[緑色]:ADC）~ データ解析をするために、ROOTを用いてグラフの描画などを行った。~ 例題1～9のプログラムを作成し、実行した。~ 例題1～9の出力結果をpptにまとめたので、以下に示す。~ &ref(ROOTpractice.pptx); *4日目 [#h98b216e] ８月２3日 晴れ~ 実験者：加賀谷 安田~ ・Arduinoによって収集されたデータをコンピュータに保存するためにProcessingのコードを午後から書いた。 Processingによるコードを書きArduinoを通してアメリシウムの放射線崩壊を観測しようとしたがコンピュータの不調でピークが３つ表れる不調が生じた。 不調はコンピュータが原因であると考えてTAさんのコンピュータで観測を同様に行おうと試みた。 コンピュータが不調であることもあるが、プログラムにも間違いがあり、それを直すとアメリシウムの放射線崩壊を観測することができた。 ・ArduinoやProcessingのプログラムにpow関数を用いたが、pow関数で計算された値はfloat型であったため、int直すときに問題が生じた。その問題とは、floatからintにするとき小数点以下は切り捨てられるため、2の2乗などの値が1桁目だけ採用され、3になってしまうというものであった。だから、pow関数で計算した値に0.5を足して、一桁目の値が2のべき乗の値になるように調節した。 ・放射線崩壊の観測では崩壊系列を調べることにした。 観測の対象には石もしくは特殊なシャツが用いる予定である。 放射線崩壊の観測によってラドンの発生がウラン系列かトリウム系列のどちらであるかを調べる。 ラドンの放射線崩壊はウラン系列では222Rnから半減期3.82日でα崩壊して218Poとなる。218Poは半減期3.10分でα崩壊し214Pbとなる。 ・半日をかけて放射性崩壊の様子を調べるためのProcessingのコードを書いた。コードを書くにあたっては月曜日に書いていたArduinoのコード文を必要に応じて訂正してProcessingのコード文を書いた。 ・放射線崩壊の微分方程式を考えた。以下は考察の過程である。 &ref(imagenucleardecay.png,,50%,放射線崩壊の微分方程式);~ 図1.放射線崩壊の微分方程式 &ref(radon radiative collapse.pptx); *5日目 [#h98b216e] ８月２4日 晴れ~ 実験者：加賀谷 安田~ 測定を行った。 ｐｄｆファイルを添付する。 &ref(energy.pdf); &ref(timevsenergy.pdf); *６日目 [#h98b216e] ８月２５日 実験者：加賀谷 安田~ フィッティングをした。 ｐｄｆファイルを添付する。 &ref(エネルギー１２時２５分.pdf); FCN=22.6216 FROM HESSE STATUS=OK 16 CALLS 156 TOTAL EDM=7.32398e-007 STRATEGY= 1 ERROR MATRIX ACCURATE EXT PARAMETER STEP FIRST NO. NAME VALUE ERROR SIZE DERIVATIVE 1 p0 2.89622e+002 5.12436e+000 8.72162e-003 -2.19915e-004 2 p1 3.22481e+002 1.76881e-001 4.19549e-004 -2.37530e-003 3 p2 1.00562e+001 2.37634e-001 4.04370e-004 -6.60866e-003 FCN=48.9527 FROM HESSE STATUS=OK 16 CALLS 111 TOTAL EDM=2.94752e-009 STRATEGY= 1 ERROR MATRIX ACCURATE EXT PARAMETER STEP FIRST NO. NAME VALUE ERROR SIZE DERIVATIVE 1 p0 3.41536e+002 5.51319e+000 1.38694e-002 -8.45722e-007 2 p1 3.61291e+002 2.09611e-001 6.18348e-004 -4.02141e-004 3 p2 1.05082e+001 2.67298e-001 5.98349e-004 -2.55442e-004 FCN=38.381 FROM HESSE STATUS=OK 16 CALLS 118 TOTAL EDM=1.63745e-007 STRATEGY= 1 ERROR MATRIX ACCURATE EXT PARAMETER STEP FIRST NO. NAME VALUE ERROR SIZE DERIVATIVE 1 p0 3.42993e+002 5.42004e+000 2.38439e-003 -6.37244e-005 2 p1 4.70914e+002 2.08229e-001 1.19919e-004 -1.08316e-003 3 p2 1.13898e+001 2.96076e-001 1.24609e-004 9.84553e-004 発表でのスライドの例 &ref(シャツの崩壊系列.pptx); &ref(４班のスライド＿崩壊系列.pptx); *7日目 [#h98b216e] ８月２6日 スライドが作られ報告会の前に確認をした。 &ref(SCP03.pptx);
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[[サマーチャレンジ 2017]]~ *1日目 [#h98b216e] ８月１９日 曇り後雨~ 実験者：加賀谷 安田~ ・ガイダンス及び実験の解説~ ・検出器の回路基板の作成~ フォトダイオード及びその周辺回路~ 積分回路及び~ 波高分析回路（反転増幅回路と非反転増幅回路）~ 高電圧回路の作成の検討~ ・シェイパーアンプモジュールの回路については、①から③のうち①までは通電を確認済みである。（担当：加賀谷）~ ・プリアンプモジュールの回路については、はんだ付けをする部分が少し残っているが、明日中には完成できる。（担当：安田）~ ・高電圧モジュールの回路については、今日あった部品についてはすべてはんだ付けが完了している。（担当：安田）~ ・画像は作成状況を撮影したものである。~ &ref(IMG_0727.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュール1（未完成）);~ 図1.シェイパーアンプモジュール1（未完成） &ref(IMG_0728.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュール2（未完成）);~ 図2.シェイパーアンプモジュール2（未完成） &ref(IMG_0726.JPG,,10%,プリアンプモジュール（未完成）);~ 図3.プリアンプモジュール（未完成） &ref(IMG_0725.JPG,,10%,高電圧モジュール1（未完成）);~ 図4.高電圧モジュール1（未完成） &ref(IMG_0724.JPG,,10%,高電圧モシュール2（未完成）);~ 図5.高電圧モジュール2（未完成） *２日目 [#h98b216e] ８月２０日 曇り~ 実験者：加賀谷 安田~ 増幅回路を①から③まで製作し完成させた。~ 完成したシェイパーアンプモジュールの回路を図6および図7に示す。~ &ref(IMG_0732.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールの回路1);~ 図6.シェイパーアンプモジュールの回路（完成）~ &ref(IMG_0733.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールの回路2);~ 図7.シェイパーアンプモジュールの回路2（完成）~ このうち、微分回路及び積分回路の動作を確認し①から③までの機能が果たせていることを確認した。~ 増幅回路は微分回路と積分回路によってノイズが可能な限り取り除かれて波形がガウシアンの形状に近くなる。~ 図8にオシロスコープによって動作確認を行った状況を示す。~ &ref(IMG_0729.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールの動作確認);~ 図8.シェイパーアンプモジュールのオシロスコープによる動作確認~ シェイパーアンプモジュールのトリガー点におけるオシロスコープの出力結果を図9に示す。~ &ref(IMG_0742.JPG,,10%,シェイパーアンプモジュールのトリガー点におけるオシロの出力結果);~ 図9.シェイパーアンプモジュールのトリガー点におけるオシロスコープの出力結果~ プリアンプモジュールを製作し完成させた。~ これをステンレス製の缶の蓋に取り付けてフォトダイオードによりラドンの検出ができるようにした~。 フォトダイオードを蓋に取り付けられるように導線に半田メッキを施すことで安定して取り付けられる処置をした。~ 完成したプリアンプモジュールの回路を図10および図11に示す。 &ref(IMG_0741.JPG,,10%,プリアンプモジュールの回路1);~ 図10.プリアンプモジュールの回路1（完成）~ &ref(IMG_0740.JPG,,10%,プリアンプモジュールの回路2);~ 図11.プリアンプモジュールの回路2（完成）~ 高電圧モジュールを製作し完成させた。~ 完成した高電圧モジュールの回路を図12および図13に示す。~ &ref(IMG_0735.JPG,,10%,高電圧モジュールの回路1);~ 図12.高電圧モジュールの回路1（完成）~ &ref(IMG_0734.JPG,,10%,高電圧モジュールの回路2);~ 図13.高電圧モジュールの回路2（完成）~ すべての回路が完成したため、シェイパーアンプとプリアンプを接続し、オシロスコープにより電圧の増幅を確認した。~ その時のオシロスコープの出力結果を図14に示す。 &ref(IMG_0743.JPG,,10%,増幅回路のオシロによる出力結果);~ 図14.増幅回路のオシロスコープによる出力結果~ 図14より、増幅回路の電圧は1.00Vであることがわかる。~ この結果より、入力電圧は1mVであるから、増幅率は1000倍であることがわかる。~ シェイパーアンプとプリアンプを接続して回路の動作確認を行う際、電源をシェイパーアンプにつないだ時にLEDの光が弱く、かつ、3つのLEDが同時に光らなかった。TAさんと相談し、原因を考えた結果、プリアンプ回路のはんだ付けが少し緩いところがあり、そこが原因であることがわかった。はんだ付けをし直し、もう一度シェイパーアンプとプリアンプを接続して回路の動作確認をすると上手く増幅回路の波形を観測することができた。~ 次に、プリアンプにフォトダイオードを取り付け、全体を組み立て、オシロスコープを用いてラドンの検出を行った。~ TP1～TP3におけるオシロスコープの出力結果を図15～17に示す。 &ref(IMG_0744.JPG,,10%,TP1におけるオシロスコープの出力結果);~ 図15.TP1におけるオシロスコープの出力結果~ &ref(IMG_0745.JPG,,10%,TP2におけるオシロスコープの出力結果);~ 図16.TP2におけるオシロスコープの出力結果~ &ref(IMG_0746.JPG,,10%,TP3におけるオシロスコープの出力結果);~ 図17.TP3におけるオシロスコープの出力結果~ *3日目 [#h98b216e] ８月２1日 晴れ~ 実験者：加賀谷 安田~ データ収集制御をするため、Arduinoを用いてプログラムを作成した。~ Arduinoの練習として例題1～3をプログラムを作成し、実行した。~ また、ラドン検出器用のデータ収集プログラムを作成した。まだ実行はできていない。~ ラドン検出器用のデータ収集プログラムの中のGate信号に関しては、ファンクションジェネレータで疑似波形を作り、~ ADCの値がピークの時にホールドできるように調節した。~ その時のオシロスコープの出力結果を図18に示す。 &ref(IMG_0750.JPG,,10%,Gate信号の確認);~ 図18.Gate信号の確認（CH1[黄色]:TP3,CH2[水色]:トリガー,CH3[ピンク]:Gate信号,CH4[緑色]:ADC）~ データ解析をするために、ROOTを用いてグラフの描画などを行った。~ 例題1～9のプログラムを作成し、実行した。~ 例題1～9の出力結果をpptにまとめたので、以下に示す。~ &ref(ROOTpractice.pptx); *4日目 [#h98b216e] ８月２3日 晴れ~ 実験者：加賀谷 安田~ ・Arduinoによって収集されたデータをコンピュータに保存するためにProcessingのコードを午後から書いた。 Processingによるコードを書きArduinoを通してアメリシウムの放射線崩壊を観測しようとしたがコンピュータの不調でピークが３つ表れる不調が生じた。 不調はコンピュータが原因であると考えてTAさんのコンピュータで観測を同様に行おうと試みた。 コンピュータが不調であることもあるが、プログラムにも間違いがあり、それを直すとアメリシウムの放射線崩壊を観測することができた。 ・ArduinoやProcessingのプログラムにpow関数を用いたが、pow関数で計算された値はfloat型であったため、int直すときに問題が生じた。その問題とは、floatからintにするとき小数点以下は切り捨てられるため、2の2乗などの値が1桁目だけ採用され、3になってしまうというものであった。だから、pow関数で計算した値に0.5を足して、一桁目の値が2のべき乗の値になるように調節した。 ・放射線崩壊の観測では崩壊系列を調べることにした。 観測の対象には石もしくは特殊なシャツが用いる予定である。 放射線崩壊の観測によってラドンの発生がウラン系列かトリウム系列のどちらであるかを調べる。 ラドンの放射線崩壊はウラン系列では222Rnから半減期3.82日でα崩壊して218Poとなる。218Poは半減期3.10分でα崩壊し214Pbとなる。 ・半日をかけて放射性崩壊の様子を調べるためのProcessingのコードを書いた。コードを書くにあたっては月曜日に書いていたArduinoのコード文を必要に応じて訂正してProcessingのコード文を書いた。 ・放射線崩壊の微分方程式を考えた。以下は考察の過程である。 &ref(imagenucleardecay.png,,50%,放射線崩壊の微分方程式);~ 図1.放射線崩壊の微分方程式 &ref(radon radiative collapse.pptx); *5日目 [#h98b216e] ８月２4日 晴れ~ 実験者：加賀谷 安田~ 測定を行った。 ｐｄｆファイルを添付する。 &ref(energy.pdf); &ref(timevsenergy.pdf); *６日目 [#h98b216e] ８月２５日 実験者：加賀谷 安田~ フィッティングをした。 ｐｄｆファイルを添付する。 &ref(エネルギー１２時２５分.pdf); FCN=22.6216 FROM HESSE STATUS=OK 16 CALLS 156 TOTAL EDM=7.32398e-007 STRATEGY= 1 ERROR MATRIX ACCURATE EXT PARAMETER STEP FIRST NO. NAME VALUE ERROR SIZE DERIVATIVE 1 p0 2.89622e+002 5.12436e+000 8.72162e-003 -2.19915e-004 2 p1 3.22481e+002 1.76881e-001 4.19549e-004 -2.37530e-003 3 p2 1.00562e+001 2.37634e-001 4.04370e-004 -6.60866e-003 FCN=48.9527 FROM HESSE STATUS=OK 16 CALLS 111 TOTAL EDM=2.94752e-009 STRATEGY= 1 ERROR MATRIX ACCURATE EXT PARAMETER STEP FIRST NO. NAME VALUE ERROR SIZE DERIVATIVE 1 p0 3.41536e+002 5.51319e+000 1.38694e-002 -8.45722e-007 2 p1 3.61291e+002 2.09611e-001 6.18348e-004 -4.02141e-004 3 p2 1.05082e+001 2.67298e-001 5.98349e-004 -2.55442e-004 FCN=38.381 FROM HESSE STATUS=OK 16 CALLS 118 TOTAL EDM=1.63745e-007 STRATEGY= 1 ERROR MATRIX ACCURATE EXT PARAMETER STEP FIRST NO. NAME VALUE ERROR SIZE DERIVATIVE 1 p0 3.42993e+002 5.42004e+000 2.38439e-003 -6.37244e-005 2 p1 4.70914e+002 2.08229e-001 1.19919e-004 -1.08316e-003 3 p2 1.13898e+001 2.96076e-001 1.24609e-004 9.84553e-004 発表でのスライドの例 &ref(シャツの崩壊系列.pptx); &ref(４班のスライド＿崩壊系列.pptx); *7日目 [#h98b216e] ８月２6日 スライドが作られ報告会の前に確認をした。 &ref(SCP03.pptx);
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