戯言

質問

ＳＦのネタを考えていて、変な命題を思いつきましたが、物理は苦手なので、基本的
事項で誤謬がある可能性が否定できない(というより確実(^^;))ので、質問します。

十分な広さのある真空な空間があったとして、その空間内で電子流が一定の軌道上を
周回しつづける事は可能か否か？
要するに電子流とそれによって発生した磁界（発生するよね…しない？）が釣り合う
ような都合のいい解はあり得るのか？

解が存在するとして、そのサイズは？電子流のエネルギー量との関係はどうなのか？
なんらかの損失で定常状態に寿命はあり得るのか？（光を放射して崩壊するとか）
軌道外から見て、その系はどのような特性を持つのか？（例えば永久磁石とか）

回答No.1

u13 · ベストアンサー

真空中ですよね。でしたら、ないです。電子が周回運動してできる磁場は軌道を外に向かわせる方向にできるはずです。円形の電子加速器ではがんばって磁場をかけて電子が円運動するようにしむけています。しかも運動している電子の軌道を曲げる制動放射（シンクロトロン放射)という現象で光を放射して減速してしまうので一生懸命加速してやらないと電子は回り続けてくれません。

ちなみにこの仕組みを利用して電子を回してそこからの放射光を利用するのが放射光施設といい、医療、生命、物性研究などに役立っています。ちょっと質問の趣旨からはずれたかな？

とにかく、何もないところで電子が一定の軌道上を周回し続けるのは不可能でしょう。もちろん、適当な磁場が存在すれば可能だと思いますが、その場合もシンクロトロン放射で次第に電子の速度は落ちてゆくでしょう。

お礼

なるほど、やはりシンクロトロン放射（電子が方向転換させられると光を発して果
てるという現象は知っていたけど用語が思い出せませんでした--;）を出し抜くの
は無理なんですね。
角速度を出来る限り変更しない、とかで逃げ（というか崩壊までの寿命を延長）ら
れないかな～というのは虫が良すぎましたか。

全体的な運動量の総計が変わらなければ少なくとも矛盾は発生しないかな、程度の
思いつきでの質問でした。（あからさまな矛盾が無ければ解があるかもという発想）
ちなみに、単純な円運動だと確実に外向きに押しやられるという程度は分かってい
たので、「一定の軌道上（笑）」と逃げを打ってました。
複数の軌道の相互作用で安定な系を構築できないものか、などという思いつきです。

どうもありがとうございました。また質問が出たときはお願いします。

回答No.3

siegmund

回答じゃありませんが....

> チェレンコフ放射を連想

> 原子核モデルはあくまで教育用の方便だということも大学で習いましたか
> ら大丈夫です。

kei1 さん，物理苦手とは思えませんね．
大学で習ったことをちゃん理解して覚えておられるので，
大学にいる物理屋としてはうれしい限りです．

お礼

物理は苦手で、化学で入学しました。
一応、理系人間ですから。

でも基礎教養課程の物理(実験は取れたけど)は落として、２年間授業をうけたり
してました--)
(実は数学屋だったりして…それで、なんで物理苦手なんじゃ～(笑))

今回の質問はとりあえず来週まで残しておこうかな。と、考えてます。
質問内容に関して、何かアイデアがありましたら、どうか書き込んでください。

回答No.2

siegmund

私も u13 さんと同意見です．

蛇足かも知れませんが，一つコメントしておきます．
電子が原子の周りを回っている，とよく言われますがあれは回っているわけでは
ありません．
軌道上に均等に(？)存在していて，今どの位置にいるというようなことは無意味です．
kei1 さんの話は実際に電子を円運動させようということですから，
話は全く違います．

放射光施設については
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/sor/vsx/index.html
をご覧ください．

お礼

放射光というと、ついチェレンコフ放射を連想してしまって、サイクロトロン放射
という単語が出てこなかったために、記憶間違いかな～とか思ってました。
それに、放射の原理を知らないので、「多分、速度変更の利得分を放射してるんじ
ゃないかな～だったら利得が発生しない条件があったらきれいに回ってくれたりし
ないかな」などという勝手な想像です。

それと、原子核モデルはあくまで教育用の方便だということも大学で習いましたか
ら大丈夫です。（そういえば、その説明も「周回していたらサイクロトロン放射
で速度が落ちて原子核に落ち込むため存在できない。よって周回していると考え
るのは誤り」だったような…）