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電子とイオンの質量比

プラズマは電子とイオンが同じ数だけ存在し電気的中性を保っている。 プラズマ物理を考えるとき、基本的にはまず始めに電子とイオンの運動方程式を立てるところからスタートする。 この時に、電子とイオンに質量差や径の差が存在するために面白い振る舞いを見せるのである。 ここでは、電子とイオンの質量比について記述したいと思う。まず電子の質量は \begin{eqnarray} m_e = 9.10938356×10^{−31} \mathrm{kg} \end{eqnarray} である。一方で、イオンの質量は \begin{eqnarray} m_i = 1.672621898(21)×10−27 \mathrm{kg} \end{eqnarray} である。ここで、イオンの質量には陽子の質量を用いた。イオン種によって質量は異なるが最も軽く基本的なイオンである陽子で考える。 イオンの質量を電子の質量で割ると、 \begin{eqnarray} \frac{m_i}{m_e} = 1836.15 \end{eqnarray} となるのである。つまり、イオンの方が電子より約1800倍重たいのである。このため、プラズマ物理では電子はイオンよりもかなり動きやすいと考えて計算が進められるのである。

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