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金属に電圧を印加すれば原子核は変形するのでしょうか？
こんにちは、 金属の場合、結合している力は、数100MeV以下のはずなので、それに該当する電圧を印加させれば、少しだけ原子核は変形するのでしょうか？ それとも、電子が流れるだけで、電子核は格子振動が増し変形はしないのでしょうか？
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すみません。重水素だと陽子がひとつなのでシールドにはなりませんね。 申し訳ありません。でもご興味がありましたら、もっとも簡単な例として 何が起こるか考えてみても良いかもしれません。
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- ahoahoaho3
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No.3 の方が書かれていますが、金属に電圧をかけても金属内には 電場が生じないように自由電子が移動します。 次に、裸の原子核に電場をかけた場合ですが、別のトピックスにも 書きましたが、陽子は電場を感じますが、中性子は感じません。 物体を時間変化しない力で変形させるには、大きさか向きの異なる 力を加える必要があります。原子核に一様電場を加えたとしても、 大きさ、方向のそろった力が陽子たちに加わり、陽子は中性子を 引きずって動こうとするのみで、変形はしないと思います。
補足
お返事ありがとうございます。 ＞次に、裸の原子核に電場をかけた場合ですが、 裸の場合の議論は、取りあえず、置いておきましょう！ ＞金属に電圧をかけても金属内には電場が生じないように 自由電子が移動します。 これは理解できません。例えば、発光ダイオードのしくみは、 P型半導体とN型半導体を接合して、順方向に電圧をかけると 空乏層に自由電子と自由ホールが移動して、合体してエネルギーが 光となります。このように、発光ダイオード（半導体）の場合、 電圧をかけると、マイナス電荷の電子とプラス電荷のホールは、 反対向きに移動するので、金属の場合も、マイナス電荷の電子 だけが移動して、プラス電荷の原子核が全く何の力も受けないのは、 不平等です。 また、電場が生じないようにするため自由電子が移動するなら、 同様に電場が生じないようにするため、原子核が変形して少しでも、 電場を小さくさせようとするのではないでしょうか？ 金属に電圧を直接印加させた場合、プラス電荷の原子核が全く 何の力も受けないのは納得できないです。 金属に電圧を直接印加させた場合、原子核が変形すると言う意見の方は 居られないでしょうか？
- leo-ultra
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＃２です。質問の意味がわかりました。 斬新な発想ですね。 原子核は専門外なのでよくわかりませんが、まず金属に電場をかけると 自由電子が遮蔽するので原子核にほとんど電場はかかりません。 （望みがあるとすれば表面近傍） 仮に電場がかけられたとしても、強電場による効果（バンドの変形、絶縁破壊？）が先に起こるのではないでしょうか？ むしろ、真空中（または絶縁ガス中）に浮かせた金属原子に電場を加えた方がいいのでは。
お礼
＞静電遮蔽によって、金属の中には磁界はできない すいません。磁界では無く電界でした。表裏一体かもしれませんが、ややこしくなるので、訂正します。
補足
お返事ありがとうございます。 ＞まず金属に電場をかけると自由電子が遮蔽するので原子核にほとんど電場はかかりません。 ＞（望みがあるとすれば表面近傍） 確かに、金属に電荷を近づけると、静電遮蔽によって、金属の中には磁界はできない はずですが、金属に電圧を直接印加させた場合は状況が違うのでは無いでしょうか？ 電子が流れているのに、遮蔽するとは意味がわかりません。 確かに、表皮効果で、丸い電線の外側だけしか電流は流れないようですが、高電圧を かければ、電線の中心付近まで電流が流れるのではないでしょうか？関係ない話かも しれませんが、少し気にかかります。
- leo-ultra
- ベストアンサー率45% (230/504)
> 金属の場合、結合している力は、数100MeV以下のはずなので なにが結合している力ですか？ （結晶を構成している）金属原子と隣の金属原子の結合力？ 原子核を構成している核子（陽子中性子）同士の結合力？ 前者の結合力だったら、数～数十eV程度だと思う。 変形ってなにの変形ですか？ （原子核＋内殻電子）のこと、この場合、変形は原子核と電子雲の相対変形になると思う。 それとも原子核を構成している陽子とか中性子の変形ですか？
補足
お返事ありがとうございます。 ＞なにが結合している力ですか？ 原子核を構成している核子（陽子＋中性子）同士の結合力だと 思っています。 ＞変形ってなにの変形ですか？ ＞それとも原子核を構成している陽子とか中性子の変形ですか？ そうです。液滴模型の原子核の変形のことです。 原子核は表面張力とクーロン力で吊り合っているので、電場を作用させてクーロン力を 大きくすれば変形するのではないかと予想しています。
- tetsumyi
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原子の形は何とか調べる方法があるようですが 原子核が変形したと言うことをどのような方法で調べるのでしょうか？
補足
お返事ありがとうございます。 ＞原子核が変形したと言うことをどのような方法で調べるのでしょうか？ 調べ方はわかりません。思考実験でお願い致します。
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お礼
＞あとは、金属結合がどの程度の電場まで持つのかということですね。 ＞結合が壊れれば加速運動するはずです。 これは一番最初に心配した事項なのですが、発電所では１００万Vくらいでも、 アルミの金属結合が切れていないようなので、意外に金属結合は高電圧に対して 強いかもしれません。 ＞ただし、原子核を球状の陽子、中性子と考えてはいけないので、シュレディンガー ＞方程式を解いて波動関数から密度分布を計算する必要があると思います。 興味はあるのですが、量子力学や場の理論になると、能力の限界を超え、それなりに 時間もかかってしまいますので、私は古典力学の範囲内で、概算の検討を続けていき たいです。 「金属に電圧を印加すれば原子核は変形するのか？」このテーマは、ひょっとしたら、 エネルギー問題を一気に解消してしまうかもしれません。大学で研究テーマの１つに してほしいです。 では、いろいろとお世話になりました。今後ともよろしくご指導の程、お願い致します。
補足
いつもお世話になっております。 ＞また、一様電場で本当に変形しないのか考え直してみたのですが、 ＞原子核の表面ほど外部の一様電場を強く受け、原子核内部の陽子ほど ＞受ける電場が弱いかもしれません。 ひょっとしたら、一様電場でも、原子核が変形するかもしれないのですね。 私は金属中で電圧を印加すれば、非一様な束縛力を受け一様電場でも、 原子核は変形するような気がします。（自由落下する水滴が変形するのと同じ理屈 です。） しかし電圧印加によって与えられたエネルギーは、原子核の変形エネルギー以外に、 原子核の移動エネルギー、振動エネルギー等の運動エネルギー、原子核の励起エネルギ ー、原子同士の結合エネルギー等を高めるために費やされることが予想されます。 従いまして、どのくらいの電圧で原子核が変形するか否かを、理論的に予測することは 困難ですので、まず実験により高電圧を印加して励起状態から基底状態に戻る際に、 γ線、ｎ線が出るかを確かめる実験をしてほしいですね。 この実験によって、エネルギーが原子核のどの部分にどのように使用されているのか、 検討がつくと思います。 そしてこれらを満たせば、次に電圧印加によって核分裂を誘起するか否かを実験 してほしいですね。 但し電圧印加時に一部のエネルギーが原子核の変形エネルギーに注入されると 仮定して、核分裂が誘起されるとしても、これだけの条件を満たすだけでは１個の 原子核が分裂を引き起こすだけで、多数の原子から核分裂エネルギーを有効に取り 出すことが出来るか否か不明であり、そのエネルギーを有効利用できる保証は ありません。 核分裂を誘起させ、連鎖反応を引き起こさせるには、原子核が分裂した際、発生する 分裂中性子の数が２個以上であること、また10MeV以下の熱中性子による反応断 面積が大きいこと等の条件を満たす必要があるからです。 これらの条件をすべて満たせば、ひょっとしたら、U２３８に電圧を印加したら、 ゼロ運動エネルギーの熱中性子の吸収だけで核分裂を引き起こすことができるかも しれません。（電圧印加によって、U２３８は、臨界エネルギーが減少して、反応 断面積も、変わるかもしれません。） そうしますと、U２３５に比べて、無尽蔵にあるU２３８を核燃料として使用できる ようになるため、資源の少ない日本であっても、未来永劫エネルギーについて心配する 必要はなくなるかもしれません。ただの妄想かもしれませんが、、、 (続きます。）