氷の成長と昇華の一機構

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氷の成長と昇華の一機構
大野, 武敏
低温科學. 物理篇 = Low temperature science. Series A,
Physical sciences, 16: 27-29
1957-12-13
DOI
Doc URL
http://hdl.handle.net/2115/17926
Right
Type
bulletin
Additional
Information
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Information
16_p27-29.pdf
Instructions for use
Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP
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氷の成長と昇華の一機構後
大 野 武 敏
(低温科学研究所純生物理学部門)
刊訂自由年 6月受理〉
下記の報告は金属の冷却田に於いて，氷の成長，昇華を1!N.察中見られた現象に関するもの
である。用いた装置の概略を第 1巴I
に示す。要するに真錨棒を液体窒素で冷却し，その上面を
0
約 一 20Cにして，そこに出来る霜を反射光によって顕微鏡で観察ナる。冷却面には磨いた真
録及び白金を用いた。その大きさは直径約 0.9cmでらる
水の r
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rから冷却面まで，数
十 cmの距離があるため，一気圧の空気中では拡散速度が余りにも遅く，霜の成長の観察は不
可能なので装置内の圧力はlOmmHg程度に減圧してある。霜の成長速度はこの圧力を変える
ことにより調節することが出来る。またこの程度の圧力にしないと，対派により蓋のガラス板
が冷却して，そのとに水滴が凝結するため，室内では観察が困難になる。この装置は本来空気
以外のいろいろな気体中に出来る霜の観察を目的にして作られたものであるが，少くとも H
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O~ の中では空気中の現象と差異が認められなかった。
冷却面の温度は，
そのすぐ下に作られ
た小さな穴に市甘い熱電対を挿入して測ったが
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50Cであった。
多 く の 場 合 一 20
この冷却面へ，コック A を開いて vapor
を supplyすると[市上一面に微水滴が凝結し，
間もなく各所で結晶化し，なお引続き vapor
を supplyす る と ， 徐 々 に 成 長 し て い し 代 表
的な例を写真 1に示す。大部分は不規則な形
をした透明な氷の塊であるが，中には美しい
六方品形のものもある。その -ø~ を写真 2， 3
に示す。熱伝導の方向から予想されることで
あるが，結晶の
C 軸は冷却面にほぼ垂直のも
のが多く，従って観察される面は C 軸 に 垂 直
な面が大部分である。そのため亀甲形の聞が
見られるわけであるが，完全な六方形を示す
ものは少く，亀甲形の一部を備えているもの
後 北 海 道 大 学 低 温 科 学 研 究 所 業 績 第 367号
低温科学物理篇第四輯昭和3
2年
第
1 図
2
8
大野武敏
が多い。
この
C軸に垂直な聞は，光をよく反射してキラキラ料いて見え，しかも完全に
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にみえる。(少くとも 1
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0倍担度ではその中に何の s
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eも見えない)照明の方向を変える
と視野の中であちこちにキラキラ開く￨回を見ることが出来る。筆者の観察した現象はこの完全
tな，しかもよく桝いている而(例えば写真 3の亀甲 i
話)上で見られるものである。今そ
に但 a
の一面だけを観察することにする。最初からコック A を聞いて v
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長過程の d
iだけが視野の中にある。次に再
じて若千時間政置すれば，成長は停止して完全に平な輝いた l
びコック A を開くと，水蒸気はこの白く輝いた面の上に凝結して l
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'薄黒く見えて来るが，間もなくこの薄黒い商は，熱伝導のため温度降
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線は c
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sを繰返して氷は成長して行
に撮ることも出来る。その三例を写真 4-11で示す。この p
く。しかしこの現象が直接観察出来るのは，上記の例のように，氷の面上に凝結し f
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mがある程度以上の厚さになって，氷面との c
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tが 見 ら れ る 場 合 で あ る 。 僅 か な 述 統
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yでも，適当な時間間隔でその大会さを比較すれば，氷が成長したことを確
認することが出来る。ただこの時には，氷の面上に凝結した l
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m の厚さが余りにも簿
くて，その存在を直接見ることが出来ないだげのことで，成長の機構は同様であると考えてよ
いと思う。換言すればその厚さに相違はあるが， l
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rの成長をするものと芳られる。
同様の現象は氷が昇華する場合にも見ることが出来る。(la
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rの昇華)この場合
にも，成長の場合と同様に
C 軸に垂直な将いている面に注目する。ゴック
けば旦出来た氷は成長も昇華もしない。
A も B も閉じて置
この状態でコック B を聞いて，極めて徐々に昇
華させる。こら現象を観察するには，昇華速度の調節が必要である。真空ポ γ プで直接引いた
りすると殆んど」瞬の聞に氷は見えなくなってしまう。また余り遅すぎても，注目している面
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eも見えないで氷はやせて行く。筆者は予め 1
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-1_10-2cmHg程度に空気を
上に何の s
抜いたガラス球を B につないで置き，コック B を適当に開いて昇華の速度を加減して観察し
た。昇華は e
dgeのどこかあるーカ所から始まる。
この際は l
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rは存在しないので黒
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tは無いが. 昇華した面とまだ昇率しない面の聞には高さの差があって，
白の c
丁度階
段のようになっており，斜から照明すると，その階段の存在が黒いスジになって見えるのであ
2に示してあ
る。この黒いスジが，白く輝いている氷面上を移動して行く。・この状態を写真 1
る。写真がよくないので分り難いと思うが，現象の存在は確実であ
る。写;真では幾本も黒いスジが並んで縞模様になっているが，これ
はある一面の昇華が完全に終了しないうちに，次の面が昇華し始め
るために，沢山のスジが見えるので為る。すなわち，はじめ真平ら
だった面が，
昇率が始まると多くの階段状の s
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eをもつよう
になる。理解を助けるために第 2図でその概略を示す。いずれ，は
第 2図
2
9
氷の成長と昇華の一機構
っきりした写真をとりたいと思う。
以上の観察で，
氷の成長と昇華には l
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r の機構があることがわかった。
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rの厚さの決定などは興味があるが，今後の問題でらる。 またこの現象は
でのみ観察されたのであるが，
これは実験装置の都合でやむを得なかった。
この
C に垂直な面上
a， b軸に垂直な
面についても同様の観察を試みる必要があろう。
終りに，この論文を御校閲して下さった堀健夫教授に謝意、を表する。
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