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サイクロトロン共鳴について

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サイクロトロン共鳴の仕組みがよくわかりません。わかる方がいましたらぜひ教えてください。

質問者が選んだベストアンサー

  • 回答No.2

ベストアンサー率 78% (1525/1942)

電子やイオンは直流磁場中では磁力線に垂直な面内で円運動もしくはラセン運動(ラーマ運動)をするようになります。なぜラーマ運動になるかといえば、電子やイオンの運動は電荷の移動すなわち電流であり、この電流と磁界の方向がなす面の垂直方向に「フレミングの左手の法則」に従う力が発生するからです。
ラーマ運動をしている電子やイオンに回転周波数と同じ高周波電界をかけます。電荷と電界の間にはクーロン力が働きますが、電子やイオンが回転位置を変えるのと同時に電界強度が変化しますから、例えば角度0度の位置で円周方向に加速する力を受けた場合には180度の位置でも同じように円周方向に加速する力を受けることになります。そして、90度、270度の位置では電界が弱まり力を受けません。逆に0度で減速する力を受けた場合には180度の位置でも減速をうけます。加速を受ける場合というのは高周波電界の周波数よりも回転速度が遅い場合で、減速を受けるのは早すぎる場合です。このように電荷の回転と高周波電界の周波数が相互に影響して電荷のエネルギーが小さい=回転速度が遅い ときには加速してエネルギーを与え、電荷のエネルギーが大きい=回転が速い 場合には減速させてエネルギーを奪うという相互作用が生まれます。このような現象をサイクロトロン共鳴といいます。
一応はこれで理解されるのですが、実際のプラズマにおける共鳴では多数の電子やイオンが混在して回転運動を行っているため高周波電界が変化します。また電子とイオンの共鳴時の回転半径や回転速度が異なるために複雑な共鳴点が表れます。
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  • 回答No.1

ベストアンサー率 27% (258/936)

サイクロトロンとは、磁場のローレンツ力によって、電子などの荷電粒子を周回運動させる装置です。鉛直方向に磁場Bの掛かった水平平面内を半径r、速度vで周回運動する電子(電荷e,質量m)について、運動方程式F=maを立てますと、
 evB=mv^2/r ∴v=erB/m
よって、角振動数ωは、
 ω=2π(1/T)=eB/m
これが、量子化されているので、電子は、
 E=(1/2+n)hω (n=0,1,2,…)
というエネルギー準位をもちます。
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