中性子の加速と減速

質問

荷電粒子（陽子と電子）が加速したり減速したりする時に、電磁波（光）が吸収されたり放出されたりするのですね。中性子が加速したり減速したりする時にも、何かの波が吸収されたり放出されたりしますか。

回答No.3

QCD2001 · ベストアンサー

＞荷電粒子（陽子と電子）が加速したり減速したりする時に、電磁波（光）が吸収されたり放出されたりするのですね

違います。
電磁波の吸収や放出によって荷電粒子が加速されたり減速されたりする場合もありますが、サイクロトロンやシンクロトロンのような粒子加速で荷電粒子が加速され場合は、電極に電圧を加えることにより、単純にクーロン力により加速をします。この時電磁波は関係ありません。

粒子加速のうち、サイクロトロンやシンクロトロンでは、螺旋形または円形に荷電粒子を運動させることで、1つの装置により何回も加速を繰り返し、大きなエネルギーを与えています。このとき、荷電粒子が円形に運動をすると、加速度運動をしたことになるので、電磁波が放出されます。電磁波が放出されるということをエネルギーが出てゆくということですから、運動エネルギーが失われて減速します。
この時は電磁波を放出することによって減速します。

ところで粒子加速器で荷電粒子を加速するためには、まず加速する対象となる陽子などの荷電粒子を発生させなければなりません。陽子を発生させる場合は、水素ガス中で高電圧による放電を生じさせことで陽子を発生させます。発生した陽子はマイナスの電極の方へ引き寄せられます。

－電極をリング状にしておくと、引き寄せられた陽子の大部分はリングの中を通り抜けます。そこで頃合いを見計らって電極の電圧をプラスにします。この電極を通り抜けた向こうには、一つ目の電極と同じリング状の電極を置いておき、これにマイナスの電圧を加えると、1つ目の電極を通り抜けた陽子はさらに加速されて、2つ目のリング型電極の中を通り過ぎます。その向こうにはさらに3つめのリング型電極があり、陽子が2つ目の電極を通り抜けたところで、3つ目の電極をマイナスの電圧を加え、2つ目の電極にはプラスの電圧を加えます。すると陽子は2つ目の電極と3つ目の電極の間でさらに加速されてゆきます。
これらの加速は、単純にクーロン力によるもので、電磁波は関係ありません。

ところで、電気放電で陽子を作ったわけですが、発生した陽子が運動するスピードはいろいろです。速いものもあれば遅いものもあります。スピードの速い陽子は、上記の２つ目の電極がマイナスからプラスに切り替わる前に、２つ目の電極を通過してしまうかもしれません。このとき２つ目の電極はマイナスの電圧が加えられており、３つめの電極にはプラスの電極が加えられています。すると陽子は３つめの電極のプラス電圧により押しとどめられて減速し、さらに２つ目の電極のマイナスの電圧により後ろに引っ張られて減速します。
この減速も単純にクーロン力によるものであって、電磁波は関係ありません。

要するに、荷電粒子が加速したり減速したりするのは、電磁波の出入りの場合もありますが、多くの場合は単純にクーロン力によって押されたり引っ張られたりする結果です。電磁波が関与する場合は、ごく一部でしかありません。

中性子の加速や減速ですが、中性子は電荷を持っていないので、クーロン力による加速や減速は生じません。速度が変わるとしたら、何かと衝突した場合です。
たとえばビリヤードで、球をぶつけると、ぶつけられた球は速度がゼロからある大きさへ変わります。ぶつけた方の球はある速度から、それより遅い速度へと変わります。
中性子の場合の加速や減速はこのようなイメージだと思ってください。自動車のアクセルを踏んだら加速する、というようなイメージではなく、壁に衝突したら止まる、とか信号待ちしている自動車に追突したらスピードが落ちるとか、そういった加速・減速です。

お礼

加速器についての明快な解説をありがとうございます。クーロン力が働いて荷電粒子が移動する時には、電流が流れるからフレミングの法則に従ってローレンツ力も働くのかどうか、私には未だわからない事だらけですが、ゆっくり考えようと思います。

回答No.4

Nakay702

前便、（荷電粒子の場合同様、中性子が加速したり減速したりする時も電磁波が吸収されたり放出されたりすると思います）からの続き、または補足です。

① 中性子が加速したり減速したりすることで、その重力的な影響が電磁場に及び、その構成状態を乱し、荷電粒子（陽子や電子）が動かされて、電磁波を放出することがあり得る。
②　動く中性子が、もしも何らかの重力的要因（衝突など）によって崩壊するに至ることがあれば、その中性子自体が陽子と電子とに分離し、その際に電磁波を吸収する。

回答No.2

ohkawa3

中性子のような電荷が無い粒子が高速で飛び出した場合、物質中で電荷を持つ粒子（電子や陽子）に衝突することで、電子や陽子に運動エネルギーを与え、その運動が減速する際に電磁波（光）を放出するようですね。中性子が減速することで直接的に電磁波（光）を放出するのではなく、電荷をもつ粒子との衝突を介在する間接的な機構のようですね。

次のURLの資料の16/50ページあたりを参照してください。
https://www.agc.a.u-tokyo.ac.jp/radioecology/pdf/181001_radioecology.pdf

回答No.1

Nakay702

以下のとおりお答えします。

＞中性子が加速したり減速したりする時にも何かの波が吸収されたり放出されたりしますか。
⇒荷電粒子の場合同様、中性子が加速したり減速したりする時も、電磁波が吸収されたり放出されたりする、と思います。