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【電子工学】原子銃の原理確認(高校範囲内)

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はじめに  

 原子銃の原理として、簡単なシミュレーションをしてみました。電子エネルギーと平行板間隔、電子エネルギーと電圧、電子の到達距離を求めてみました。

 

f:id:mottobungaku:20181117005001j:plain

条件1  

 図のようなとき、間隔を3.0cmの平行板電極ABに6.0Vの電圧をかけ、Aの小孔からBに向けて、運動エネルギーを任意の値に変化させた電子を入射させる。小孔での電子の速さ、電子のBまでの到達距離の計算を行いました。

 

結果1  

結果として、運動エネルギーが大きくなるほど、電子は速くなり、距離も近づいていきます。(下記、表より)

 

条件2

 図のようなとき、間隔を任意の値で変化させて、平行板電極ABに6.0Vの電圧をかけ、Aの小孔からBに向けて、運動エネルギーを1eVの電子を入射させる。小孔での電子の速さ、電子のBまでの到達距離の計算を行いました。

 

結果2

 電子のエネルギー、電圧を変化させていないので、距離間隔が広がると、到達距離は大きくなります。速度は、一定です。(下記、表より)

 

条件3

 図のようなとき、間隔を3cm、平行板電極ABに任意の変化させた電圧をかけ、Aの小孔からBに向けて、運動エネルギーを1eVの電子を入射させる。小孔での電子の速さ、電子のBまでの到達距離の計算を行いました。

 

結果3  

電子のエネルギー、平行板間隔を変化させていないので、電圧を高くするほど、電子の到達距離はBに対して、小さくなります。速度は、一定です。しかし、電圧を高くしてもある値から飽和することが分かります。

f:id:mottobungaku:20181111161439p:plain

 

結果(表)

 

f:id:mottobungaku:20181111161350p:plain

コード(抜粋)

void cc(calc out[],calc out1[],calc out2[]){

  int i,T;
  double ev,m,ek;
	double V2;

//initial value
	ev = 1.6 * 1e-19;//[J]
	m = 9.11 * 1e-31;//[kg]
int	e[5]	= {1,5,15,30,60};//[ev]
int	ab[5] = {3,6,24,40,60};//interval[cm]
int	V1[6] = {6,12,24,34,60,100};//AB[v]


//電子のエネルギーを変化させている
	for (i = 0; i < 5; i++) {
		ek = e[i] * ev;//電子のエネルギー
		out[i].v = sqrt((2*ek)/m);//speed[m/s]
		V2 = ek / ev;//運動エネルギーが0となる点とAとの電圧
		out[i].d = ab[0] * ((V1[0]-V2)/V1[0]);//distance[cm]
		}

//平行板間隔を変化させている
	for (i = 0; i < 5; i++) {
			ek = e[0] * ev;//電子のエネルギー
			out1[i].v = sqrt((2*ek)/m);//speed[m/s]
			V2 = ek / ev;//運動エネルギーが0となる点とAとの電圧
			out1[i].d = ab[i] * ((V1[0]-V2)/V1[0]);//distance[cm]
		}

//電圧を変化させている
	for (i = 0; i < 6; i++) {
			ek = e[0] * ev;//電子のエネルギー
			out2[i].v = sqrt((2*ek)/m);//speed[m/s]
			V2 = ek / ev;//運動エネルギーが0となる点とAとの電圧
			out2[i].d = ab[0] * ((V1[i]-V2)/V1[i]);//distance[cm]
		}
}

 

参考文献