Tag Archives: 電気磁気学

SPring-8終わりました

 週末のSPring-8実験は無事終わりました。当初の目的の他に面白い成果が得られて、今後の研究展開がとても楽しみとなりました。

 最後に使用システムの展示品を見学しました。実際に実験した後だと、実感がこもっていてよく分かります。

アンジュレータの実物模型を体験しています。アンジュレータは、磁場(磁界)で周回している電子の動きをクネクネさせることにより、より強力な電磁波(放射光)を発生させます。学んだ電気磁気学の知識が遺憾なく発揮されます。
アンジュレータの説明文です。
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選択科目ってどうよ?

 選択科目っていうのは本来、Challengingな科目であるべきと思っています。そのココロはと言いますと、

  1. 細かい専門分野の科目
  2. 内容が高度な科目

という具合です。

 1については、高学年になって研究室所属になったりすると、個々の専門性が深くなります。深い専門学問はその分野には大切であっても、他分野や他の研究室にとっては重要性が低かったり、意味が分からないものだったりします。例えば、プログラミングの人達にプラズマはあまり必要ないかなと。

 そんな分野は第一に各研究室で教えれば良いのですが、複数研究室に関係したりすると、選択科目として用意しておいた方が効率的だったりします。

 2については、残念ながら学生間で学力に差があることが原因です。特に若い内から専門分化しなければならない高専では、学年が上がるにつれて、ついていくのがしんどい学生さんが出てきたりします。できる子をとことん伸ばすか、それともできない子を手厚くサポートするかは、永遠の課題です。どちらに偏っても、他方からは不満が漏れます。

 その解決法の一つに、高度な科目を選択とすることがあります。例えば、担当している電気磁気学(電磁気学)の場合、特殊相対性理論をもって電磁気学の完結とするべきと思っていますが、そこまで必修で引っ張ると、撃沈する子が後を絶たなくなってきます。というわけで現在は、興味ある学生さん達を対象に課外で数回行っています。単位には何も関係しませんが、興味津々な学生さんはいます。

 他に量子力学や固体物理学なども同様です。必要なんだけど、必修とするには難しすぎますね。こちらは課外で用意する余裕がないので、研究室で必要な分をぼちぼち教えていくことにしています。

高周波伝送と図書館と知的視野

 今年度は4E担任だけではなく、図書館運営室室員も仰せつかっています。有明高専図書館では毎年新しい本を入れるのですが、今年はその選定の担当となりました。

 「学生さん達にとって何が良いかな~」と、Amazonなどをザッピングしながら適切な本を探していると、David M. Pozarの「Microwave Engineering」の邦訳が出ていることを知りました。ちょっと高かったですが、早速手に入れました。原書と邦訳をセットで揃えるのが好きなものでして。論文等を執筆する際には、英語が基本言語ですので原書が必要なのですけれど、日常読むのはやはり日本語の方が早いです。

原書と邦訳、両者揃い踏みです。

 会社員時代、業務の都合で高周波伝送とそのプラズマについて勉強しました。全く未知の分野でしたので、この本と中島 将光先生の「マイクロ波工学」で必死に勉強しました。自分で本を読むだけでは分かりませんので、実務的なことは同僚だった大井 克己さんに都度教えて頂き、学問的なことは橘 邦英先生(京都大学名誉教授)の知遇を得て、進めていくことができました。ただただ、運が良かったです。

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オープンキャンパス

 8/6(土)に、中学3年生対象のオープンキャンパスを行いました。ただし時世のため、人数制限をしての開催でした。

 Eコースからは、「体験授業・電子分野の展示・電機分野」の3コーナーで行いました。我らがTEAM TAKABAYASHIは、電子分野の一角で展示を行いました。

 なお総合学科制を取っている有明高専では2年生後期から専門コース配属となりますので、このちょっと前に2年生対象のコース見学会を行いましたが、展示内容はそれとほぼ一緒としました。

 展示内容は、「光電子制御プラズマにより成膜したダイヤモンドライクカーボンを用いた炭素エレクトロニクス」と「高周波導波管の作製と評価」の2本柱で行いました。コース見学会では、これに加えて無安定マルチバイブレータやスピーカーインピーダンス整合回路の展示も行いました。

 まあ、詳しく説明するよりも、まずは見た目かな~と。

DLCです。中央のケースの中に入っていますが、見えませんね。スクリーンはCG動画、モニターはスライド動画です。CG動画は、東北大 高桑先生 & 小川先生から頂いたものです。
DLC一覧。成膜の条件を変えると、様々な色が表現できます。炭素原子のみで色々な色が出せます。金色の部分は金電極で、フォトリソグラフィーと金属蒸着を使って、μmオーダーの電極を作り、電気特性を評価します。
高周波導波管です。ストレート導波管 & ダミーロードにネットワークアナライザを繋いで、スミスチャートの画面を映しています。まんまるのグラフです。授業資料(4E 電気磁気学II6E 基礎設計特別演習など)を再構成した電磁波とスミスチャートの説明資料を手前に置いています。

半導体不足と較正キット

 ネットワークアナライザ(ネットアナ)の較正キットがようやく届きました。約20万円するお高いものではありますが、これがなくては何にもできないので、OHTANI選手もビックリのVIP & MVP扱いです。

 でもでも、昨今Newsでよく聴く半導体不足が納期に響いたようで、1ヶ月ほど待ちました。一日千秋、長かったです~。

 そもそも、どんな計測機器にも較正(calibration)、つまり0を0と定めておくことは必要です。身近なテスターやオシロスコープにも何にでも要るのですが、日常使う測定周波数はkHz台と低いですし、較正作業というものは手間がかかりますので、パスされます。

 しかしながらネットアナのようなMHz・GHz帯を守備範囲とする高周波計測機器では、機器から対象となる被計測デバイス(DUT, device under test)までの周辺配線の影響が大きいので、各使用前にキッチリ較正しないと正確な計測が不可能となります。

 難しく言いますと、リアクタンス成分(jX)の影響が、周波数が高くなると大きくなってしまうということです。

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批判すること、されること

 研究活動をしていく際、多分どうしても避けられないことになると思いますが、批判活動をせざるを得ません。すなわち、「先行研究の○△という点が不足、欠点、ないし間違っている」ということです。

 高校時代にある先生が仰せられたこと、「評論家になるな」という言が、今もっても頭に残っています。批判に終始せず、自らの行動をもって示すことです。

 研究活動で、全く未知のフロンティアを自由に進めることはまずありません。必ず先人の活動があり、それを乗り越える形で自らの路を作ります。

 古人曰く、「巨人の肩の上に立つ」です。

 乗り越える懸命さは、時に批判という活動に繋がります。先人には先人の壁があり、それは時に答えを知っている後世の私達には低く見えるかもしれません。その際には、自分がもし同じ立場だったら乗り越えられたかと、厳しく自省しなければなりません。

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Fourier級数とFermi–Dirac分布とこの世の成り立ちな自由な研究

 人類の歴史上で賢い人間を挙げろと言われたら、私は2名の人物を推します。Faraday (ファラデー)とFourier (フーリエ)さんです。

 ファラデーさんは、電気磁気学(電磁気学)がもたらす物理現象を一つ一つ実験的に明らかにしていった人です。電磁気学は後年Maxwell方程式でまとめられたように、Maxwellさんが電磁気学の最終的な勝利者と言えなくもないですが、その基礎を造ったファラデーさんの実験力と観察力にはそれ以上に脱帽です。

 一方のフーリエさんは 、その名を取ったフーリエ級数で有名な人です。フーリエ級数曰く、「あらゆる周期関数は、三角関数の級数和で示される」です。なーんてこと思いつきます? その発想力には脱帽です。

 カクカクした矩形波をフーリエ級数で表すと、

という式になります。これをグラフソフトで描いてみます。愛用のソフトはIgor Proです。∞までの和をとるのは不可能なので、k = 15までに留めると、

という形状になります。

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出ない杭は捨てられる

 電気磁気学や回路設計など、様々な授業を担当しています。しかしどの一つも、大学時代に机に座って教えられたものはありません。研究関係の量子力学も真空工学も物理化学もそう。いや、最後の物理化学は真面目に勉強しておかなきゃならなかったのですが・・・。

 学問とは本来、強いられて行うものではありません。強いられていくら良い成績を取ったとしても、それはほとんど頭に残らず、血肉にはなり得ません。

 誤解を恐れずに言えば、高専生に決定的に足りないもの。それは、学ぶ意欲であり動機。学ばされ、厳しく評価されているから、彼らは見た目には一定以上の学力は身につきます。しかしやらされている立場を続けているならば、所詮は付け焼き刃。卒業したら、いやそれを待たずとも学年が上がると忘れていきます。

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放射線業務従事者教育訓練講習会

 本日は午後から、佐賀県鳥栖市にある九州シンクロトロン光研究センター(SAGA-LS)の放射線業務従事者教育訓練講習会に行ってきました。法律(放射性同位元素等の規制に関する法律第22条及び同施行規則第21条の2)の定めるところにより、放射光実験施設の利用者には年1回の講習が義務づけられています。

 今回はコロナ下のために人数を絞って、校内地域共同テクノセンターの佐藤先生と太田様の3人で行ってきました。

 SAGA-LSでは、こんなことをしています。早くコロナが終息して、学生の皆さんと行きたいものです。結構楽しいと思いますよ。世の中に役立つ電気磁気学の一例でもあります。

玄関です。
全景です。左側は宿泊棟で、泊まり込みで実験できます。逆光で眩しくて、カメラがナナメになってしまいました。

P.S. ノートを忘れてしまい、後日再度取りに訪ねました(ノД`)

教えられなかった不幸と叩き込まれた幸福

 担当授業で受講学生さん達からアンケート評価(匿名)を受けるというシステムがあります。先日結果が出ました。反省する点もあれば、う゛~んと思う点もありました。

 担当している電気磁気学(電磁気学)のような基礎理論は、忌避されるものです。今も昔も。電磁気学を大好きという人はあまりいないと思います。

 しかし、化学を専攻してきたものの立場から見れば、電磁気学ができる電気の人は尊敬に値します。回路理論は何とかなるかと思えますが、電磁気学は一朝一夕にとはいきません。

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翻訳と教科書

 先日、Feynmanさんの「Lecture on Physics」の原書を買いました。言わずと知れた物理学の名著です。

 「今更かよ?」と思うかもしれませんが、日本語訳は昔から持っています。とはいえ、どうにも訳に馴染めずに活用できていませんでした。この度、思い切って大人買いしました。

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電気化学

 毎週、高専教員と地元企業の方々との交流を目的としたオンラインサロン会議が行われています。縁あって、ほぼ毎回参加させていただいております(※忙しいと、時々忘れます。ごめんなさい)。

 先週の回では、「電気化学(Electrochemistry)」の話が出ました。電気化学、そう、私の博士号取得分野です(※正確には、その中の「光電気化学(Photoelectrochemistry)」)。

 とはいっても、博士号を取ってからは、世の流れに身を任せて物理や電気にシフトしてきましたので、今や電気化学とは疎遠になっています。同窓会で話を聞くらいです。でも、当時の電気化学だけの知識力に、己の限界を感じていた(= 独立研究者として生きていけない)のもまた事実ですけどね。

 会議では、ふと企業の方から電気化学について問われることになりましたが、スイスイ答える自分がいました。まあ、そりゃ一応、博士ですからね・・・。川は涸れても、水源はまだ生きているようです。

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