スパークチェンバー

火花箱は、人の目には見えない宇宙線を目に見えるようにするための装置です。１９６０年代からおよそ１０年間、宇宙線や原子核の実験研究で中心的な役割を担いました。この装置は、直方体の箱の中に、薄い金属板や電気を流すガラス板を何枚も重ねて作られています。箱の中には、ネオンとアルゴンの混合気体か、ヘリウムガスが１気圧で満たされています。箱の上と下には、帯電した粒子を感知するガイガー・ミュラー計数管が設置されています。宇宙線が地球の大気圏に飛び込んで、この装置を通り抜けると、ガイガー・ミュラー計数管が反応します。この反応をきっかけに、高電圧電源につながれた金属板に、１～２マイクロ秒の短い遅延時間の後、高い電圧の瞬間的なパルスが加えられます。この高電圧パルスによって、金属板の間には強い電場が生じます。宇宙線が装置を通過した際に、気体分子は電離され、イオンと電子に分かれます。強い電場の中で、これらのイオンや電子は加速され、さらに他の気体分子と衝突し、次々と電離を引き起こします。この連鎖的な反応によって、電離した気体の通り道に沿って、火花放電が発生します。この火花は、肉眼でもはっきりと見えるため、宇宙線の軌跡をたどることができます。火花箱は、比較的簡単な構造でありながら、宇宙線の軌跡を視覚的に捉えることができるため、教育現場での演示実験などにも利用されます。宇宙線の飛来方向やエネルギーを推定することも可能です。ただし、火花箱は連続的に測定することが難しく、写真撮影などの記録手段が必要です。また、高電圧パルスを発生させるための装置や、気体を封入する容器などが必要となるため、装置全体はやや大型になります。その後、より高精度で連続測定が可能なワイヤーチェンバーなどの装置が登場し、火花箱は主流の装置ではなくなりましたが、宇宙線研究の歴史において重要な役割を果たした装置です。