遊びながら分かっちゃう、加速器のしくみ

1. 電場で陽子を押す

陽子はプラスの電気を持つ。電場をかけると、陽子は押される。まずは「押す向き」と「押す強さ」を見る。

式は何度も見るとお友達になれる。
今はE が大きいほど F も大きい、「比例だ！」だけ分かればよい。
qは陽子の電気量。今は気にしない。

2. 磁場で陽子を曲げる

次は磁場。磁場は陽子を前へ押すというより、横から曲げる。ここが電場と違う。

操作	3人の言葉で言うと
初速度を上げる	勢いがあるので曲がりにくい。円が大きい。
磁場を強くする	横から強く曲げられる。円が小さい。
磁場を反転する	曲げる向きが逆になる。

式はお友達：
v が大きいと勢いがあるので曲がりにくいから r は大きい。
B が大きいと曲げる力が大きいので r は小さい。
重いと曲がりにくい。
電気量が大きいと曲がりやすい。

4. サイクロトロン：何度も同じ場所で加速する（ここは大幅に修正が必要）

サイクロトロンでは、磁場で陽子を戻して、D電極の隙間を通るたびに電場で加速する。ポイントは「一回で大加速」ではなく「何回も少しずつ加速」。

周期を少しだけ式で見る

一周にかかる時間は「一周の距離 ÷ 速さ」。ここまでは中学数学でよい。

速くなると円も大きくなる。だから、速さだけ見れば短くなりそうな一周時間が、実はあまり変わらない。

5. サイクロトロン：周波数を変える

位相ずれは「今この瞬間のタイミング」。周波数ずれは「最初は合っていても、回るたびにタイミングが流れていく」こと。サイクロトロンでは、陽子が戻ってくる周期とRF電場の周期を合わせる必要がある。