速度選択器(E×Bフィルター)

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qE
- qvB
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軌跡の色:青 = v < E/B、緑 = v ≈ E/B、赤 = v > E/B。矢印:橙 = 電場力 qE、水色 = ローレンツ力 qv×B。
しくみ:上の極板が+、下の極板が−なので電場 E は下向き。正イオンには電場力 qE が下向きに働く。磁場 B は紙面の表から裏向き(×印)なので、右向きに進む正イオンへのローレンツ力 F = qv×B は上向き。
なぜ平衡速度 v₀ = E/B は質量・電荷によらないか:直進の条件は力のつり合い qE = qvB。両辺に同じ電荷 q が掛かるので q は約分され v₀ = E/B となる。質量 m は力のつり合いの式に現れない(m は曲がりやすさ=加速度 a = F/m に効くだけ)。そのためイオンの種類を変えても、v = E/B の粒子は必ず直進して出口スリットを通る。
曲がる向き:v < E/B では qE > qvB で下(−極板側)へ、v > E/B では qvB > qE で上(+極板側)へ曲がる。運動は微小時間 Δt ごとの数値積分(Boris法)で計算し、極板・壁に当たった粒子は消える。
注意:出口スリットには幅(±2 mm)があるため、重いイオン(Ar⁺ など)は曲がりにくく、v が E/B から少しずれていても出口を通り抜けることがある(ふるい分けの精度は質量・電荷に依存するが、完全に直進する速さ E/B 自体は依存しない)。