- ベストアンサー
すだれコリメータの仕組み
すだれコリメータの仕組みが良く分かりません 自分の理解としては 棒を等間隔に並べてすだれを作りそれを2層平行に重ねて検出器の上に配置する X線とすだれとの角度が変わるごとに強度が強くなったり弱くなったりというような変調をするのでこの変調から位相がわかりX線がどこからやってきたのかがわかる。また検出器にかかるX線の強度で振幅がわかる すだれの1ピッチを1波長と考えると（棒とスリットの部分を波の山と谷と考えると） 観測したX線のなかにすだれのピッチと同じ波長のX線がどのような振幅、位相を持っているのかがわかりピッチのことなる多くのすだれコリメータを取り付ければある波長域のX線がどのくらい含まれているかがわかる。 というような理解をしているのですがこれだとX線を観測するにはピッチをÅサイズまで小さくしなければならないということになってしまいます。 どなたか詳しい仕組みをご存知の方がおりましたらご教授お願いします
- mountyo
- お礼率100% (2/2)
- 物理学
- 回答数2
- ありがとう数4
- みんなの回答 （2）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
すだれコリメーターの原理は簡単です。別に波長レベルの間隔にする必要などどこにもないし、それよりは間隔をあけた方がよいです。 いま、もしレンズなどがない状態で、やってくる光の方向を知りたいとしたときに、どうすればわかりますか？ 検出器の指向性は悪いから何か工夫が必要ですよね。一番先に思いつくのはたとえば１ｍの長さで１ｃｍの直径の筒を用意し、その筒から除いて見えたらその筒の方向だとわかりますよね。でも方向の精度を上げるためには直径をどんどん小さくしないといけないわけです。そうすると得られる信号強度はどんどん弱くなります。 そこで考え出したのがすだれです。いまたとえば１ｍｍの棒を１ｃｍ間隔で並べたすだれを用意したとします。これを１０枚用意して、１ｃｍ間隔で積層します。 すだれ面に垂直な方向を見ると、すべての棒が重なって見えるので、面積にして９／１０は透過して、１／１０だけ棒でさえぎられます。でも斜めにしてみるとどうなるかというと、一列に重なっていた棒はずれて見えるので、遮断される面積が増えます。いま１０枚あるすべてのすだれの棒が完全に見えるまで斜めにみると、１ｍｍの棒が全部並んで見えて１ｍｍ×１０本＝１ｃｍの面積を占めるので、向こう側の見える隙間は０になります。 つまり特定方向のみ感度のある検出器の出来上がりです。すだれの棒のサイズとピッチ、そしてすだれ間の距離を変えてあげれば望みの特性を得ることが出来ます。 これがすだれ検出器です。言われて見ればわかる話ですが、初めに思いついたというのが重要ですね。
その他の回答 (1)
- tshot
- ベストアンサー率46% (14/30)
mountyoさんこんにちは。 困り度３なので、記憶を頼りに記入しますので、多少 不確かなところはご容赦ください。 すだれコリメーターは故小田稔先生がサソリ座の エックス線天体を発見したものとして有名ですね。 軟Ｘ線ですと斜め入射の放物面鏡でも集光・造影が できるのですが、硬Ｘ線ですと反射する物質がない （見つかっていなかった？？）ことや、表面精度を 非常に高いことが要求されて、実現困難でした。 そこで、Ｘ線検出器の前にすだれをおいて位置検出 能力を高めたものがすだれコリメーターでした。 >棒を等間隔に並べてすだれを作りそれを2層平行に 重ねて検出器の上に配置する X線とすだれとの 角度が変わるごとに強度が強くなったり弱くなっ たりというような変調をするのでこの変調から位 相がわかりX線がどこからやってきたのかがわかる。 この部分はそのとおりです。ただし、二層ではなく、 数層（いくつかは失念）にして位置検出精度を向上 させています。 記憶では直行方向にも配置して、αーδ両方向の位置 検出を可能にしています。 棒の太さは数十ミクロンという細いもので。ワイヤ カットなどで作られていたと記憶しています。 >すだれの1ピッチを1波長と考えると（棒とスリット の部分を波の山と谷と考えると） 観測したX線のなかにすだれのピッチと同じ波長の X線がどのような振幅、位相を持っているのかがわ かりピッチのことなる多くのすだれコリメータを 取り付ければある波長域のX線がどのくらい含まれ ているかがわかる。 すだれコリメーターは位置測定を目的としたもので Ｘ線スペクトルの測定を目的としていないと思います ので、この部分はちがいます。 ちなみにＳＣＯーＸ１を光学的に同定したのは、岡山 の１８８ｃｍ望遠鏡で、この望遠鏡の最大の発見と 思いますし、又、地上と宇宙の天文学の見事な連携 でしたね。 亡くなられてしまいましたが、小田先生もノーベル賞 をもらってもと思っています。 余分なことをかいてしまいました。
お礼
>>tshotさん 非常に丁寧でわかりやすい回答ありがとうございます。 回答いただくまで すだれコリメータをすだれと検出器が一体になったものでＸ線源の位置と強度を両方測定するものだと考えていました。 すだれの棒の太さは数十ミクロンということはやはり 検出器のほうではすだれの1ピッチを1波長として強度を測定するのではないみたいですね。検出器の仕組みが 気になります
関連するQ&A
- 位相差顕微鏡の仕組み
位相差顕微鏡の仕組みの解説で、 照明の光は試料に当たると直接光と回折光に分れるとあります。 直接光は試料の影響を受けずに波形（振幅、波長）は全く変わらないとあります。 しかし1本の光が2本に分れたのであれば、エネルギーは減っている はずなので、振幅が小さくなるなど何らかの変化があるはずだと 思うのですがそうならないのはなぜでしょうか？ よろしくご教授ねがいます。
- 締切済み
- 物理学
- 偏波
マイクロ波で偏波の実験で、金属のすだれ状のものを使って観測していた時にふと疑問に思ったことです。今まで偏光の実験でイメージ的に光の電場の振動方向と偏光板のスリット（？）方向が合えば、例えば紙がすだれの間を通るかのように光も通り抜けて行くのだと思っていました。 しかし、そうではなく電場が金属すだれの中で電子が動ける方向（すだれの金属棒の長手方向）のとき電子が動いて逆向きの電場を発生させて相殺していると聞きました。偏光板においてもそうなのでしょうか？ また、この偏光板はこの波長用という風に波長ごとに偏光板がありますが、なぜ波長に依存するのでしょうか。 おねがいします。
- ベストアンサー
- 物理学
- ヤングの実験について
ヤングの実験の所で、「水面波のように光を干渉させるには、S1とS2から同じ波長を同位相で発生させなければならない。光源からは、さまざまな位相の光が発生している。そこで、スリットS0によって、光源からの光を回折させれば、S1とS2ではほぼ位相のそろった光を得ることが出来る。」と書いてあったのですが、なぜスリットS0によって、光源からの光を回折させれば、S1とS2ではほぼ位相のそろった光を得ることが出来るのでしょうか？干渉って山と山、谷と谷がぶつかり合って、大きくなったり、山と谷がぶつかって打ち消しあったりする合成波ですよね？
- 締切済み
- 物理学
- ヤングの干渉実験についての問題
小さくて見えないかもしれませんが、画像を乗せてあるので参考にしてください。 実験I：鏡Ａ、Ｂの位置を光源から二つのスリットまでの光の進む距離が等しくなるように調整した。 光検出器を点Ｐに置いて、Y軸の制の方向に少しずつ動かすと、光強度は次第に減少し、点Ｑでもっとも暗くなった。 さらに、動かすと光強度はふたたび増加した。 まず画像にあるように y だけずれたところに光検出器を置きます 光源から鏡Ａで反射し、スリットＣを通って光検出器までの光の進む距離を Da とし、 同じく、光源から鏡Ｂで反射し、スリットＤを通って光検出器までの光の進む距離を Db とします。 (1)Db-Daは、 dy/L (2)QP間の距離は、 Lλ/d となりました。(1)と(2)はあっているでしょうか？ 次からがよく分からないのですが。 実験II：光検出器を点Ｐに置いて、鏡Ｂを光速cよりも十分に遅い速さuで、Y軸の負の方向へ動かすと点Ｐで観測した光強度 は時間的に振動した。 光は波動でもあるので、鏡の動く速さuが十分に遅いときは一般の波動と同じように考えられます。 そうなると、スリットＤを通った光は波長が変化すると考えられるので、その波長は(3)（ ）となる。 また、光強度が時間的に振動するのは、ＣとＤの通った光の振動数が異なるために、うなりが発生していると考えられるので このときのうなりの周期は(4)（ ）である。 この場合、スリットＣ、Ｄから異なった波長の光が入射すると考え、両方から来た光の波面がある時刻にスクリーン上で一致したとする。 次にくる波面が一致する位置は、両方の波長が異なるためわずかにずれることが予想できる。そうしたら、干渉じまは時間と共にスクリーン上をＹ軸の(5)（正、負）のどちらの方向に動くのが観測できるか？ 実験III：鏡ＡをY軸の正の方向に、鏡ＢをY軸の負の方向に、二つとも光速cよりも十分に遅い速さvで同時に動かしたら 干渉じまは静止して見えたが、その間隔は実験Iのものとはわずかに異なっていた。 この場合は、Ｃ、Ｄを通った光はどちらもドップラー効果により同じだけ波長がずれるので、干渉じまは静止しているように見え、 その間隔は、実験Iの時より(6)（広く、狭く）なり、その差は(7)（ ）と予想される。 この、(3)～(7)の（）内に当てはまる式を求めてほしいです。 また、(1)と(2)があっているか確認をして欲しいです。 余裕があれば解説もお願いします。
- 締切済み
- 物理学
- 光のうなり
光のうなり ある流体中において、流体と等速度で移動する粒子にレーザを当てて流体の速度を測定する方法。 レーザは、ビームスプリッタによって主光と参照光に分けられ、同位相のまま交差角θで粒子に向かう。参照光はそのまま観測器に入るが、主光は粒子によって散乱され、そのうち参照光と同じ角度で観測器に向かうもののみが入る。この散乱光は粒子の速度によってドップラー効果による周波数の変化が起こっており、観測器は散乱光が入ってきた瞬間に参照光と散乱光のうなりを観測する。 今、ある流体中の粒子に対し、波長λのレーザを交差角θで照射したところ、観測器では周波数fのうなりを観測した。流体の速度vを求めよ。 ただし、光の速度cが流体の速度vに比べて十分に大きいものとする。 速度vの光の方向に対する角度はsin(θ/2)であるから、速度はvではなくvsin(θ/2)である。また、ここで「うなり」といっているのは、暗いところから暗いところに変わる回数であるから、振動数の差はf/2である |ν'-ν|=f/2・・・(1) ν'=ν(1-(v/c)sin(θ/2))・・・(2) (1)と(2)より ν|1-(v/c)sin(θ/2)-1|=f/2 ∴v=(c/ν)f/2sin(θ/2)=fλ/2sin(θ/2) この解答の(1)の右辺がfではなくf/2になる理由が理解できないでおります。「暗いところから暗いところに変わる」というのが、どうして1/2につながるのかということです。通常の音波のうなりの式|ν'-ν|=fを導く過程と何が違うのか、教えていただけないでしょうか。 この質問に対して、 まだ精査していないのですが、直感での第０次回答ですみません。 > 常の音波のうなりの式|ν'-ν|=fを導く過程と何が違うのか 「検出している物理量が何か」が違うのではないでしょうか？ 光の場合、とかく忘れがちなのですが、「検出している物理量」は振幅変化ではなく、"強度"、すなわち振幅の２乗です。それに対し、音波ではマイクロホンから得られる信号は"振幅"ですね。cos波を２乗すると、その周期は元の周期に対して．．．？ どうですか？ という解答をされてます。 この解答が理解出来ないので、誰か教えて下さい。 仮に、振幅y=Asin(wt)とおきます。(1)式 強度は、振幅の二乗かつ半角の公式より、y^2=(A^2)×(1-cos2wt)/2となります。(2)式 すなわち(1)の周期(T)に対する、(2)の周期(T´)は、T´=(1/2)×Tと表せます。(3)式 (3)式を変形すると、1/T´=2/T すなわち、f´=2fとなり、(1)式の右辺のf/2になりません。 よろしくお願いします。
- 締切済み
- 物理学
- 瞬時周波数
よく角度変調で，その位相項を微分したものを瞬時周波数と定義してあります． １）では，振幅変調では瞬時周波数とは意味をなさないのでしょうか？ というのは，振幅変調ではエンベロープの上昇時と下降時で周波数が異なると聞いた気がして，このことが瞬時周波数で考えているのではないかと思ったのです． ２）そもそも複数の周波数成分が混合した場合，瞬時周波数とはどうなるのでしょうか？ 振幅がわからないので，こんなことを考えています． ３）FFTなどを用いずに，周波数を求める方法として下記は正しいでしょうか？ 直接観測値から周波数を読み取るには，周波数成分が１つであれば2点もあれば振幅と周波数が三角関数の連立方程式を解いて導けると思います． （サンプリング定理は満たしているとし，観測値はサンプリング間隔毎にx(t), x(t＋τ), ..., x(t+nτ)とする．） 多周波数の混合となった場合も，いくつの周波数成分があるかを前もってパラメータとして知っていれば，観測値の個数＞未知数の個数を満足すれば解ける気がします． （ノイズとりあえず無しとしてです．） ４）３）で解いたものはやはり瞬時周波数ではないような気がしますが，如何でしょう？ 質問が多くてすみません．混乱しています．よろしくお願いします． この考え方
- 締切済み
- 物理学
- 波動の問題で分からないのがあるので教えてください。
図のように、水面上の２点P、Qに波源がり、P,Qから同じ振幅、同じ周期、同じ位相の水面波が出ています。PQ間は水面波の波長の３倍です。 (1)図中のA点は山か、谷か。また、その山あるいは谷は、T/2の後にはどの位置に移動していますか。ただし、波源の振動の周期をT、実線は山、破線は谷とします。 (2)線分PQ上で波が強め合う位置をP点からの距離で示してください。波長λ＝0.2(m)とします。 (3)水の深さを変えて波の速さを大きくした際、直線PQ上で波が強め合う位置はどのように変化しますか。
- ベストアンサー
- 物理学
- 光の干渉問題 の質問
東大 ９４年の問題なのですが、 図は描けないので 概要をいうと よく光の干渉問題で 出て来る回折格子がありますよね。 回折格子は 同一の十分せまい幅W_1の多数の 平行スリットから構成されています。 隣り合ったスリットの間隔はｄです。 波長γの平行なレーザー光線を垂直に入射させます。 回折格子AからLはなれたスクリーンBに 明暗の縞が観測されて 中心に観測された明線をm_0として その両側に対称にあらわれる明線を 内側からm_1,m_2・・・とします。 そこで 問題なのですが 回折格子上の隣あうスリット間の中心線上に 幅W_2を持つスリットをあらたに付け加え レーザー光線を同様にあてる実験をすると どうなるか？ とういうものなのですが、 m_1.m_3,・・・の奇数の時は 隣あう光路差がγ/２になるので 明線が消失する というのはわかります。 m_2,m_4・・・の時は 逆に強めあうのも わかるのですが 明るさが 振幅をAとすると （A+A）＾２/A＾２＝４倍になるとありました。 光の明るさが 振幅の２乗に比例するのは 常識なのですが なぜ この場合４倍になるのかわかりません。 この場合も合成波の振幅は変化せず 明るさは 変わらないと思うのです。 ４倍になる理由を どうか教えて下さいm(._.*)mペコッ
- ベストアンサー
- 物理学
お礼
>>walkingdicさん すごくイメージのしやすい回答ありがとうございます。 なんとなくはすだれに入射するＸ線の角度が変わればすだれによって強度変化が起こりそこからＸ線源の方向がわかるだろうというのは頭ではわかったつもりでしたが walkingdicさんの回答ではっきりイメージができました