ELCAS・最先端科学の体験型学習講座（京都大学理学部）未来の科学者養成講座

スライド作りの風景。

実習指導

　吉川　謙一(数学教室　教授）
　川口　周 (数学教室　准教授）

チューター

　石川　勲（修士課程　2回生)

ボランティア

　横田　真秀（博士課程　1回生）

実施場所

　理学研究科3号館109号室

実習内容

　修了合宿での発表に用いるスライド作り。内容はコーシーの剛性定理、タイル張り問題、集合論の3つ。これらを30分にまとめるのはなかなかに困難な様子。

受講生の感想

• 今日は修了合宿のプレゼンテーション作りをしていました。この5ヶ月の集大成として、成功させたいと思います。
• パソコン使うの難しい…。4時間あれば完成するかと思ったけれど、結局半分くらいしか進みませんでした。でも、定理についてやっとはっきり分かったのでもうすぐ完成しそうです。今夜は眠れない…。
• 感想がなかなか見つかりません。という感想です。
• 今日は4時間ずっとスライド作りをしていた。図を作るのはそれなりに楽しかったが、とにかく疲れた。この後合宿場に移動してから最後の仕上げをして、明日の発表に備えたい。
• 今日はパソコンで合宿のプレゼン作りをしていました。知らないうちに日没が過ぎてしまいました。時間というのはこんなにもすぐ過ぎるのかと思うと悲しくなりました。
• 仰げば尊し我が師の恩。先生方、チューターのお二人は、数学の世界と数学の楽しさを教えてくださいました。友達のみんなもそれぞれ個性的で、たくさん刺激を受けました。それ以外にもいろいろな人にお世話になりました。本当にありがとうございました。
• 4時間パワーポイントと闘い続けるのは大変でした。

検出器について説明をうける

線源からγ線が出ていることをオシロスコープで確認する

和気あいあいと解析を進める

実習指導

　川畑　貴裕（原子核ハドロン物理学研究室　准教授）

チューター

　村田　求基（修士課程　1回生）

ボランティア

　古野　達也（修士課程　2回生）

実施場所

　理学研究科5号館　501号室

実習内容

　コバルト60線源から引き続いて放出される2本のγ線を同時に計測して、その角度相関からコバルトの崩壊によって生成されるニッケル60原子核の角運動量を求めた。
　 γ線の計測にはコバルト線源を中心とする円周上に設置した２つのＮａＩシンチレーション検出器を用い、検出器のなす角度を適宜変更しながら2つの検出器に同時にγ線が入射する事象の数を数えた。
　 そして、バックグラウンドとなる自然放射線による事象や、線源中の違う原子核から偶然同時に放出されるγ線を検出してしまう事象の数を評価し、計測を目指した事象の真の数を導出した。
　 最後に、その数を検出器のなす角度の関数としてグラフにし、ニッケル原子核の励起状態の角運動量について考えうるさまざまな仮定の下で求めた理論的な予想と比較した。

受講生の感想

• 今日の実験内容は原子核の角運動量の測定。私の関心のある分野。この類にすごくロマンを感じる。最後のELCAS、今までで一番楽しかった。そして今までで一番深くまで理解できた。実験をし、解析をし、考察をした。自主性のもとで自分たちの思うままに活動ができた。理解が伴ってこそできることだ。教科書に書いてあることがすべてではないと改めて認識させられた。本日まで半年間お世話になりありがとうございました。将来は科学者になりたいと思っています。2年後に京大理学部に合格できるように頑張ります。本当にありがとうございました。
• 今までよくわかっていなかった角運動量について知れて楽しかったです。また、実際に実験をしてみて分析するときにどういったことが原因で値が変わっているのか私にはまだ分かりませんでしたが、自分が大学生になって実験した時にちゃんと分析できるようになりたいなと思いました。今回でELCASは最後ですが物理らしくわいわいとやれたのでは、と思います。終わってしまうのが残念です。6カ月間良い体験ができました。ありがとうございました!!
• 原子核は回転運動している。今回の体験では原子核のγ崩壊に伴う角運動量の減少をもとに、原子核の持つ角運動量の測定を行った。具体的にはγ崩壊によって放たれたγ線の量から角運動量のベクトルで表したｘ、ｙ、ｚ成分を(ある程度)決定する。実際に回転運動していることがこのような測定からわかることに驚いた。誤差などから、なかなか測定が上手くいかなかったが、アバウトにも分かってよかった。

• 今日は60Coから放出されるγ線の角運動量を測定しました。角運動量という言葉自体は聞いたことがあったけど、量子力学での角運動量をわかりやすく説明していただき、測定の仕方などをよく理解して測定に臨むことができました。また、なぜ角運動量の大きさが整数または半整数倍の値しかｚ成分の値がとらないのか詳しく知りたいと思ったので、また調べてみようと思います。測定結果が実際のW(θ)の式に近いようにでたので少し感動しました。また、量子力学について詳しく勉強してみたいと思います。
• 今日は講義がややこしかったですが何とか理解して楽しく実験に取り組むことができました。角運動量、それも原子核極微の世界のものをこうした実験で考察することができるというのが驚きでした。実験の解析をみんなで協力して行ったり実験の待ち時間にメンバーと交流したのも非常に面白いものでした。今日でELCASは最終回となりますがとてもよい経験になりました。ありがとうございました。
• γ線の検出数と角運動量保存の法則からの実験という始めてみる実験で、計算式の意味を理解するのも難しかったのですが、何とかグラフが出ました。データ量が足りなく、期待していた結果と違うものになってしまったので、次は精密にやってみたいです。
• 今回は、γ線を1度に2つ放出する原子核(60Co)について、放出されるγ線の角度相関を測定して、放出されるγ線が持つ角運動量を求めて、60Niの励起状態のスピン(内部角運動量)を角度相関から決定するという作業をしました。普段経験することのできない貴重な体験ができました。このような場を用意してくださったELCASには本当に感謝しています。

過去80万年の気温などの変化についての講義

キッチン実験の様子

気候予測についての講義

実習指導

　余田　成男（気象学研究h室　教授）

チューター

　新原　快（修士課程　1回生）

実施場所

　理学研究科1号館 462号室

実習内容

　今回は、地球温暖化についての講義を受けた。最初に、IPCC(気候変動に関する政府間パネル)についての紹介があった。そして、それを踏まえて地球温暖化の観測的事実について学び、その後はエネルギー収支の観点から地球の温室効果について学んだ。
　その後、温室効果の基本過程を体感する目的で「キッチン実験」を行った。
　フライパンを熱して手をかざし、赤外線放射を体感したり、ガラス板は赤外線を通さないということを体感した。
　そして、様々な視点から地球の気候システムの近年の状況、温暖化予測について学び、最後に前回の内容と関連して、予測の難しさについて改めて学習した。

受講生の感想

• 今回は日頃からよく言われている地球温暖化の問題について科学的な側面からとても詳しく教えていただきとても有意義な時間を過ごせました。このことは環境問題の中でも最たるもので、学校などで何度か調べたことはありますが、とても専門的なことまで学べ、とても良い機会になったと思います。今回でELCASは最後になりましたが、最後を飾るのにとても良い講義でした。6カ月の間、ELCASを通して最先端の科学を学び、その姿を垣間見ることが出来、とても知識の範囲が広がったように思えます。本当にありがとうございました。
• 今回は地球温暖化についてききました。地球の温度や気候が変動するのは火山が噴火するなど自然的な要因もあれば人間が産業などで出した二酸化炭素などの人為的要因があることを知りました。火山の場合は、火山灰が成層圏まであがったことで成層圏が寒冷化して人為的なものはエネルギー問題と深く密接していることがわかりました。地球温暖化の話は学校の授業で取り上げたりすることはあるがあまり身近に思えていませんでした。本当にそんな話があるのかどうかさえ分からないが「地球温暖化だからどうにかしないと」という緊張感はいいと思いました。今回でELCAS最後でとてもさみしいです。たくさんの仲間に出会えてよかったです。とてもいい刺激を与えてくれた場所でした。

• 近頃、よく「環境問題、環境問題」と叫ばれているが、こんなに細かく考えられているとは思いもよらなかった。特に人間活動予測シナリオはとても興味深かった。ただの予測シナリオだけでなく、「将来の気温上昇を2℃以下に抑えるという目標をもとに開発された排出量の最も少ないシナリオ」RCP2.6からRCP4.5、RCP6.0そして「2100年における温室効果ガス排出量の最大排出量に相当するシナリオ」RCP8.5まで4つもの段階に分けてシナリオを立ててあった。
• IPCCの報告書の話は、テレビで見たことがありましたが、詳しくは知らなかったので学べて良かったです。また、前回のカオスの話と関連して、予測のむつかしさ、不確実性というものがとても大きいということに驚きました。温暖化に真剣に考える機会は今まであまりなかったのですが考えなければならないなと思いました。
• 今回は地球温暖化と極端気象変動について詳しく講義していただきました。地上気温の経年変化では最近は高温ではなく地球温暖化していないという結果が出てきて、とても意外でした。氷の中には80万年前の空気が残っていて、そこから気温変化のグラフが出来るというのはとてもすごいと思いました。「キッチン実験」では、可視光線は透過、赤外線は吸収という原理を用いて、熱したフライパンと手の間にガラス板を入れて赤外線放射の体感の変化を見てみると、熱かったはずのフライパンがガラス板を入れると熱かさを感じなくなりました。温暖化予想を自分のパソコンで予測してみるのはとても興味深く、自分も何か参加型共同研究をやってみたいと思いました。
• 今回は予想というテーマでした。地球温暖化や二酸化炭素の増える量と予想する大変さ、難しさを学びました。特に心に残ったのが地球が受けるエネルギーと出すエネルギーが釣り合っていることです。地球は太陽から可視光を受けているが、地球は赤外線でエネルギーを放射することで温室効果が釣り合うというものでした。これを聞いて僕はやはり地球はキセキの星だなと思いました。また、実験ではガラスの可視光は通すが赤外線は通さないという実験をやり、同じ光なのに面白いなと思いました。

高橋教授による講義風景

ニワトリ胚の観察

10日目胚の解剖

実習指導

　高橋　淑子（動物発生学研究室　教授）
　田所　竜介（動物発生学研究室　助教）

チューター

　荻野　崇（理学部　4回生）
　近藤　忍（理学部　4回生）

ボランティア

　渡邉　忠由（動物発生学研究室　研究員）
　川地　輝明（動物発生学研究室　博士課程 2回生）
　高瀬　悠太（動物発生学研究室　教務補佐）
　吉野　剛史（（動物発生学研究室　研究員）
　熱田　勇士（動物発生学研究室　研究員）
　高橋　輝明（動物発生学研究室　教務補佐）
　村井　英隆（動物発生学研究室　教務補佐）

実施場所

　理学研究科2号館 422号室

実習内容

　発生途中の鶏卵に小窓をあけ、ニワトリ胚を卵の中で観察する。胚を見やすくするために、胚と卵黄の間に墨を注入する。卵の中での観察の後、胚をシャーレ上に取り出し、組織を解剖して詳細な観察を行う。観察の際には、適宜スケッチ・写真撮影を行う。

受講生の感想

• 最後の実習ということもあって、今までで最も楽しく、いろいろなことを学ぶことができた実習でした。かつてお会いしたことがある高橋淑子先生のお話を聴くことができ、先生たちのご指導のもと、ニワトリの有精卵を開く実験ができました。今まで行ってきた実習の中でもわりとグロテスクな部類に入る実験でしたが、生命の神秘や、命の尊さをより主観的に、直接的に学び、感じることができたと思います。生物科というのは、数学科や物理科と比べて直接的に生物に触れるので、命を無駄にすることなく、利用した生命から多くのことを学び、感じ取り、何らかの役に立てるべきだと思いました。もうこの実習でELCASの体験学習コースは最後だと思うと、とても寂しく思いますが、今までに学んだたくさんの知識や、得た経験や、かけがえのない思い出を胸に、これから待ち受けているであろう様々な壁を乗り越えていきたいと思います。 ELCASを企画、協力してくださった教授や大学生、大学院のみなさん、今まで本当にありがとうございました。そして、また機会があればよろしくお願いします。
  

• 今回はニワトリの卵を観察するものでした。自分で卵の黄身を傷つけないように殻を開け、観察したい胚の下に墨を注入し、胚を見やすくしてから顕微鏡で観察し、スケッチをしました。受精後の1日おきの卵を観察したが、成長の過程がとてもよくわかった。1日違うだけの卵にも大きな変化がありニワトリの成長の早さをとても実感できた。卵の殻を開けたり、胚の下に墨を注入する作業も手本を見ている限りでは簡単そうだったが、いざ自分でやってみるととても難しく、うまく墨が入らないなど苦労した。動物の生命を扱った実験だったので今回命を捧げてくれたニワトリへの感謝もしたい。ＥＬＣＡＳ最後の実習でとても面白い体験ができ、よかったと思う。

• 今日はELCAS最後の実習でした。この半年、かなり貴重な実習を受けさせてもらえることができて本当に良かったです。最後の実習はニワトリの卵を使って生物がどのようにできていくかの観察をしたのですが、いつも理科の資料集などで見るものは勿論静止画なので、決まった場所しか見ることができなかったので、今回自分の見たいところを存分に見ることができました。最初の方は見るための準備の、中の胚の下に墨を入れるという作業がなかなかできなくて苦労しましたが、3，4回やっていくうちに普通に見えるようになるくらいまでに上達する事が出来ました。私は有精卵を扱うのは初めてだったのですが、1日目、2日目と、日を重ねていく内にヒヨコの形になっていく様子はとても面白かったです。1日目の時にはほとんどその形が出来ていることに驚きました。その10日目のものを解剖する事が出来たのですが、あまりうまくできなくて見た目が汚くなってしまいました。それでも自分ですることが出来たのでこの臓器の下に何があるのか、どのように体に配置されているのかを詳しく見ることができました。目を解剖してみたときは思った以上に綺麗に光彩を見ることができました。 この半年のＥＬＣＡＳの前から生物が大好きでここに来たのですが、この半年で好きというだけでなく、もっといろんなことを調べてみたいと思いました。この大学の理学部に入って研究をしてみたいです。
  

• 一番最後の体験コースが高橋先生の教室という事でご縁というか、そういうものを感じてとても嬉しくなりました。実験も驚きの連続で、たった一日の違いで生命が形を大きく変えることを知り本当に感動しました。これまで沢山の研究室にお邪魔しましたが、自分が「生命を学びたい」と思うようになった原点である先生の研究室で実験させていただくことで、自分がこれから目指すべき道が見えてきたようにも感じました。このような素晴らしい体験ができた裏には、大変手厚くサポートして下さった方々のご尽力があり、本当に感謝しています。また、実験のために自分で動物の生命を奪うということもこれまで体験しなかったので、これから生物学を学ぶ上で非常に良い体験となりました。今日感じたことを心に留めておきたいと思います。
  
• 今日はたまごづくし!!でした。ヒトの発生の謎や遺伝子の病気の解明のためにも、胎児や胚の間の成長過程を観察して、疑問を持ってやるというのはとても大事だと思いました。ヒトも他の生き物も成体は全然姿が違うのに、発生のときはほとんど見かけが変わらないというのは、とっても不思議です。また、太陽の光を浴びて体内時計をリセットする私たちや植物とは違い、細胞分裂や分化が、太陽の光も何もない殻の中で時間通りに規則正しく行われていくのもとても不思議です。不思議でもあり、生命の神秘的なところでもあると思います。何個も何個も卵を準備してくださり、手とり足とり手順も手伝ってくださり、ありがとうございました。1日目、2日目、3日目、4日目、10日目・・・と日が経つにつれ、たった1日しか経っていなくても、血管がどんどんはりめぐらされ、目も大きく黒くいなっていき、手足の成長や心臓のドクドク感が増していき、直に生き物を見たという感じです。自分もこのようにして生まれてきたのだなあと、これまた面白い気持ちになります。観察のために生まれることができなくなった生き物にも感謝しつつ、ヒトという種は、どんなふうに進化していくのか気になります。ELCASも最後になってしまい、さびしいですが、貴重な体験をさせていただいたので、自分が何か研究するときには役立てます。ありがとうございました。
• 顕微鏡で赤血球の動き、心臓の拍動などを間近に見て、「生き物ってなんて素晴らしいのだろうか」と、とても感動し、生物がどれだけ進化してもその根元にあるものは変わっていないんだと知りました。また自分と他の種の生物の繋がりを体験を通して実感する事が出来ました。また人類が誕生し、他の生物と違い様々なことを考え、活動する能力がとても発達したのには何か意味があるのではないかと思いました。
  

先生による講義風景

結論をまとめている様子

実習指導

　渡辺　一也　（分子分光学研究室　准教授）

チューター

　奥村　直（修士課程　2回生）

　足立　裕之（修士課程　1回生）

実施場所

　理学研究科6号館 209号室

実習内容

　色素の吸収スペクトルが光触媒による酸化還元反応によってどのように変化していくかを時間毎に記録して観察した。

受講生の感想

• 光触媒による色素分子の反応では私たちは時間毎のデータをとり解析をすることが出来ました。前回欠席していたのですが分かりやすい説明でついていくことが出来ました。実験の中で色々説明をしていただいたのですがその中には前のELCASで学んだこともあり、分野ごとの繋がりも感じました。自分たちでデータをとることでより理解を深めることが出来ました。
• 光触媒反応を体験した。色素分子にTio2を加え紫外線を当てることでどのような変化が起こるかを電子吸収スペクトルを測定することで調べた。実験では色素に何故色があるのか、吸収スペクトルの原理、結果の考察などを学べてとてもよかった。また今までELCASで学んだことも出てきたの理解が深まった。
• 吸収スペクトル測定を体験しました。メチルブルーの吸収スペクトルを測定し何故青く見えるのかを考察しました。そのあと光触媒のTio２を加えメチルブルーの分子が破壊されて色が失われていく様子が目と数値で確認でき光触媒の力を知ることが出来ました。一時間もかけて実験をしたことがなかったのでとてもよかったです。実験も上手くでき分子がどのように壊れていくかの論文ももらったので読んでみようと思います。
• 色のある物質の原理というものが分かりました。光触媒の溶液に色素をいれて紫外線を照射するという実験を行った。これが光触媒の実験である。時間がたつにつれ色が薄まったことに驚いた。
• 今回で最後の体験学習となりました。今回は様々な色素を二酸化チタンと混ぜて紫外線をあてて分解しました。今回までの半年間短いようで長く長いようで短かったです。
• 半導体がPCなどに使われていることは知っていたがそれ以外の使用方法については知らなかった。今回の講義でこうした光触媒は実用上では廃水処理であったり防腐剤として使われることが分かった。今回の実験ではその半導体の二酸化チタンを光触媒として用いて紫外線を当てることでクリスタルバイオレットを無色透明にすることに成功した。「何故物質はその色に見えるのか？」という考えたこともないようなことが根底から分かった気がします。
• とうとうELCAS最終回。最後はメチルブルーなどカラフルな溶液を用いて「これぞ化学!!」イメージ通りの実験をしました。それぞれの液にTio2をいれて紫外線をあてては吸収スペクトルをはかり、また光をあてては吸収スペクトルをはかり・・・。待ち時間はチューターさんと色々な話をしました。実験は無事成功。とても丁寧に説明してくださって分かりやすかったし面白かったです。半年は長いようで短く勉強になりました。ありがとうございました。