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光のおもちゃ箱●コラム
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●残像現象アラカルト 外科手術衣と残像現象には深い関係がある。かつて手術室には奇妙 でミステリアスな現象が起こり医者を悩ませた。それは、長時間の 手術後に手術室にいる他の人間の白衣を見ると、そこに青緑色の幻 が浮かぶというものだ。これは血の赤さが目に刺激となり白衣に残 像を引き起こすことが原因である。そこで現在では、手術衣も手術 室の壁も薄い青緑色にしていることが多い。こうすることで残像は その色に溶け込んでしまうからである。 映画が残像現象を利用することで人の目には一連の動きのある映像 として見えるという話は誰でもご存知だろう。映画は１秒間に24コ マのフィルムを送り出すことにより残像を利用して映像が一連の動 きとして見えるように作られているものだ。 ところが、トンボなど 時速100kmもの速度で飛ぶ昆虫は、１秒間に 200回も瞬く素早い点滅までも 明確に識別することができる。とす ると、トンボのために映画を作ろうと思えば、1秒間に200コマ以上 の映画を作らなければ、トンボは映画を楽しむことができない。映 像のひとコマひとコマがプチプチ切れてしまっては一連の動きとし て捉えられないからで、これでは映画にならない(^o^)＼(^^ ) これに対しゴキブリは１秒間に10～20回の点滅であっても、その点 滅反応は一続きに見えてしまうといわれる。とすると、ゴキブリは トンボと異なり、映画を人間と一緒に楽しむことができるはずであ る。だから映画館にはゴキブリがいるのだろうか＼(^^ )ﾊﾞｷ!! ●太陽光で水素を取り出す 電気分解で、水を酸素と水素に分ける実験を学校でやった。懐かし く思い出される方もおられよう。ところがこれを電気を使わずに無 尽蔵な太陽光を使って行うことができるとすれば、これほどの省エ ネルギーはあるまい。酸素も水素も工業社会においては欠かすこと のできない重要な気体資材なのである。 では、太陽光をどのように利用するのだろうか。それに必要なのが 酸化チタンである。酸化チタンの単結晶を薄い円盤状にし、対極に は白金を置いた閉鎖回路を作る。ここに水を入れて太陽光に当てる と、不思議なことに酸化チタンの円盤には酸素が、白金には水素が 発生してくる。このような、水を太陽光で分解するような反応のこ とを､発見者の名前をとって｢本多･藤島効果｣と呼ぶ。このことはか つて｢光触媒の話｣として記したので読まれた方はご存知だろう。 酸素は、病院ではもちろんのこと、工業社会の最先端で重要な働き をしている。もちろん水素も同様だが、水素に関していえばクリー ンエネルギーとして大いなる期待が集まっている。水素を原料とす れば、そこから吐き出されてくる排気ガスは水蒸気だからだ。将来 的には、水素自動車、水素ジェット機なども夢ではなくなるかもし れない。また 水の電気分解と逆の反応を用いて行われる水素･酸素 燃料電池の燃料も、酸化チタンを用いた方法により太陽光をエネル ギー源とすれば、どちらも省エネルギー、クリーンエネルギーとし て人類のエネルギー課題に応えるものになる可能性がある。 ●ＣＤのレーザー技術 コンパクトディスクと呼ばれるこの情報記憶媒体が、レーザーによ って読み書きが行われているのは、ご存知の通り。このディスク面 を拡大してみるとピットと呼ばれる小さな出っ張りがある。このピ ットの断続を信号としてピックアップするのが半導体レーザーであ る。ガリウム砒素に電流を通して発生するのは赤外線に近い、ほと んど目に見えるか見えないか程度の赤いレーザー光である。 このレーザー光をレンズで絞ってトラックにあて、トラックからの 反射光を光ダイオードが受ける。トラック上にピットがあると光は 拡散され、受光部への反射光は少なくなる。ピットがなければほと んどそのままの反射光が返る。これでON･0FFが作られ、情報はシス テムで復元されることになる。 この信号読み取りの際に、そこかに信号のバッファ(蓄積場所)を設 けて蓄え、読み出しクロックにしたがって順序良く一定の速度で出 力してやれば、ディスクの回転ムラや針飛びによる音の途切れも防 げるようになる。ここがデジタルの扱いやすい点だろう。 ●夏の夜空を彩る花火の色は 日本で最初に花火見物を堪能したのは徳川家康だという。黒色火薬 を詰めた筒から木炭の火の粉を噴出させたものだったという。これ が今に伝わる三河の勇壮な手持ち筒による花火の始まりである。 この権現様にあやかってか、大川端沿いの大名たちが花火を楽しん だことが今の両国川開きにつながっている。当時の花火の色は、相 変わらず黒色火薬に鉄粉や樟脳を加えた程度の赤橙色で、発火温度 も低かった。打ち上げ方法も、文化文政の時代までは流星と呼ばれ 長い竹竿のついたロケット花火のようなものだった。 色や形が現在のような花火になったのは明治に入ってから。その花 火の色だが、赤は炭酸ストロンチウム、緑は硫酸バリウム、青は炭 酸銅、黄は硫化アンチモンなどが使われている。 そして､腹にドンと響くあの音は、過塩素酸カリと硫化アンチモン､ アルミ粉を混ぜて出すのだという。こうした音や色についても今後 さらに工夫が凝らされ、夏の夜空を彩る花火は、もっともっと綺麗 で華やかになっていくのだろう。 ●レーザーで化学反応を制御する 波の位相がきれいにそろった、いわゆるコヒーレントなレーザーの 光をふたつのスリットに通すと縞の干渉作用が現れる。また物体を 構成する電子、原子、分子にも干渉作用がある。そこで、そうした 作用を利用し、複雑な反応系にレーザー照射を行うことで、ある反 応を他の反応に優先して行うことができるようになるという。 生成する物質を選択的に効率よく化合することが難しいとされるの が製薬工業の世界である。そこでこの技術を用いて、有用な化合物 だけを選択して作ることができれば製造コストを著しく下げること が可能になる。今、製薬工業の世界では、この技術に対する取り組 みが、熱心に行われているといわれる。 ●ネオンサインは夜の華 黒々とした夜空に鮮やかな色で文字や絵を描き出すネオンサインは まさしく都会の夜を彩る華だ。原理は先に書いたとおりだが、その 色はチューブに入れる物質によってさまざまに変わる。 ネオンサインのもとともなったネオンの気体ではきれいな赤橙色が 生まれる。アルゴンでは赤紫、アルゴン＋水銀で青。ヘリウムや炭 酸ガスで白。また同じ物質でもガラス管の色を変えれば違った発色 を得ることができる。例えばアルゴン＋水銀による青の発色を黄色 のガラスチューブに込めれば緑色になるような具合に。 ●光を曲げる?! 光は、一般的な状況下ではまっすぐに進むものだ。だから影という ものもできる。ところが光ファイバーを使えばその中を通る光を曲 げることができる。その原理はどうなっているのだろうか。 光ファイバーは、大部分の光エネルギーを閉じ込めるコアと呼ばれ る部分と、クラッドと名づけられたコアを包み込む外側との二重構 造になっている。この二重構造がミソなのだ。クラッドに比べてコ アの方が光の屈折率が少し高い。これが曲がったファイバーの中を 光が進むための必要条件だという。 コアからクラッドへ進む光はその境目である界面で屈折するが、ク ラッドへの入射角が大きくなる、つまり、入射角がクラッドに対し て平行に近くなるとクラッドには進まず、コアに全面反射する。こ れが繰り返されることで、曲がったファイバーの中でも光は出口ま でたどり着くことが可能となるのだ。 胃カメラは、このファイバーを束ねて、モザイク状に胃の中を見て いることになる。またこの原理を使えば、地下室、将来の海底都市 などへ陽光を送り込むことも可能になるだろうといわれている。 ●雷を撃ち落とす 雷雲にレーザー光線を飛ばして人工的に雷を起こさせ、レーザー光 でこれを誘導してしまおうという実験が行われている。これをレー ザー誘雷という。まさに雷を撃ち落とそうとするようなものだ。 実験ではすでに、雷雲に見立てた数百万ボルトの電線を用いて行わ れる。数メートルの距離であるが すでに300万ボルトの電線から誘 雷に成功しているという。このレーザー誘雷が本物の雷雲で成功し たあかつきには、その電気をコンデンサーに溜めて活用しよういう アイデアまですでに出されている。 ●映写機の中の光 ＣＤが光録音の最先端なら、その先駆は映画のトーキーだろう。フ ィルムの脇に濃淡によって音声トラックをつけ、フィルムの動きと ともに音声を出す技術は、映画史上、画期的な発明だった。が、映 写機の中には、もうひとつ光に関する面白い仕掛けがある。それは コールドミラーと呼ばれるものだ。 ふつうガラスは、光も熱も通してしまうが、表面にコーティングを 施すとその性質を変える。キセノンランプという太陽光にきわめて 近い光源を用いる映写機では、フィルムがキセノンランプ光源の中 に多量に含まれる赤外線で焼けないようにしなければならない。 そこで、ゲルマニウムが集光用の反射鏡にコーティングされる。こ うすれば、赤外線だけが反射鏡の裏に抜けてしまうようになる。さ らにゲルマニウムの上にフッ化マグネシウムなどをコーティングす ると、明るい可視光だけが反射鏡によって集光され、フィルムを通 り抜けてスクリーンへ映像を映し出すようになるというわけだ。こ のような反射光をコールドミラーという。光の芸術である映画の中 に用いられたもうひとつのテクノロジーである。 |
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[データ] ｢光の話Ⅰ･Ⅱ｣(藤嶋昭＋相澤益男編著/技報堂出版) ｢光技術の応用｣(吉田進著/産業図書) ｢オプティカルパワー･魔法のレーザー光｣(藤岡知夫著/裳華房) ｢日経サイエンス･レーザーによる化学反応の制御｣(1995･5月号) |
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