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空間分布が一様な静磁場中を運動する荷電粒子(サイクロトロン運動シミュレーション)

文責:遠藤 理平 (2016年4月 7日) カテゴリ:仮想物理実験室(277)計算物理学(132)

空間的に一様な静磁場(時間変化の無い磁場)中に荷電粒子を照射すると、荷電粒子は磁場ベクトルと速度ベクトルで張られる平面の垂直方向に生じるローレンツ力を受けて軌道が曲がり、回転運動を行います。この回転運動がサイクロトロン運動です。次のシミュレーションではz軸方向の静磁場に荷電粒子を照射した時の様子を計算することでができます。

z方向には等速運動、xy方向には円運動を行います。
面白いことに周期は初速度に依りません。

計算パラメータ

q = 1.60217657\times10^{-19}\, [\rm C] (照射荷電粒子の電荷量、電気素量)
m = 1.67262158\times10^{-27}\, [\rm kg] (照射荷電粒子の質量、陽子質量)
B = 100\, [\rm T] (磁束密度、100[T]はかなりの強磁場)
v = 1000n\, [\rm m/s] (初速度、n=0,1,2,,,,10)

計算結果

20160407-1.png
バームクーヘンみたいです。

上記3次元グラフィックスは「2次元・3次元格子データのグラフ描画クラス「Graph.js」」を用いて作成しています。数式は「Tex表記によるHTML文書への式の埋め込み」をご覧ください。シミュレーションの実装方法並びにグラフィックスについては「HTML5による物理シミュレーション」を参照ください。



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