H30年物化生2-1その1(第1種放射線取扱主任者)


原子番号をz、質量数Aの原子核(以下、荷電粒子と呼ぶ)が、非相対論的な速さvで物質に入射した場合の、物質との相互作用について考えよう。

荷電粒子の相互作用の相手の大部分は物質中の電子(電荷\(-e\)、質量m)であり、両者の間には(A)が働く。図に示すとおり、荷電粒子と電子の間の距離をrとすると、(A)の大きさFは\(F=k\left(ア\right)\)と表せ、電子の得る運動量はこの(A)に伴う(B)に等しい。

荷電粒子間に働く力について述べていますので、(A)は「6 クーロン力」しかありません。

クーロン力は2つの荷電粒子の電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例します。よってFは下記のように計算されます。
$$F=k\frac{ze}{r^2}$$
よって(ア)は「3 \(\frac{ze}{r^2}\)」です。

次に運動量についてですが、この辺のお話は高校物理の力学を勉強していないと若干理解が難しいと思いますので、分からない方は別途参考書や解説サイト等を参照してください。

それでは解説します。
運動量とはザックリいうと運動の勢いのことであり、質量[kg]と速度[m/s]の積で表されます。
今回、問題文には「電子の得る運動量」とありますが、運動量を変化させる量のことを力積といい、力積は加えた力の大きさ[N]と加えた時間[s]の積で表されます。
まずBは「3 力積」です。

本日はここまでです。
次回から具体的な計算をしていきます。

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