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Electromagnetism / Plasma Physics

荷電粒子の電磁場中の運動 シミュレーター

ローレンツ力 $\mathbf{F}=q(\mathbf{E}+\mathbf{v}\times\mathbf{B})$ による粒子軌道をボリス積分法でリアルタイム可視化。ラーモア半径・E×Bドリフト・サイクロトロン周期を確認。

パラメータ設定
電場 Eₓ 0.00 V/m
電場 Eᵧ 0.80 V/m
磁場 Bz 1.50 T
粒子の選択
初速度 v₀ 2.00
初速角度 θ₀ 0 °
軌跡の長さ 2000 pt
θ₀に90°刻みで4粒子を同時表示
Pause中に1フレーム進めるか速度を変更
現在のSave Trajectoryして条件を変えて比較(最大5本)
キャンバス上でドラッグすると初速の向きと大きさを直接設定できます
現在速度 |v|
ラーモア半径 rL
E×Bドリフト vd
サイクロトロン周期 Tc

ローレンツ力と運動方程式

ローレンツ力:$\mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B})$

2次元(Bz 垂直)での加速度:

$$a_x = \frac{q}{m}(E_x + v_y B_z), \quad a_y = \frac{q}{m}(E_y - v_x B_z)$$

ラーモア半径:$r_L = \dfrac{mv_\perp}{|q|B}$

E×Bドリフト速度:$v_d = \dfrac{|\mathbf{E} \times \mathbf{B}|}{B^2} = \dfrac{E_\perp}{B}$

サイクロトロン周期:$T_c = \dfrac{2\pi m}{|q|B}$

数値積分:Boris integrator、$\Delta t = 0.02$

CAE・プラズマ物理との連携: 磁気閉じ込め核融合(トカマク・ヘリカル)での粒子追跡 / 電離層・宇宙プラズマのドリフト運動 / 質量分析計(マスフィルタ)・サイクロトロン加速器の設計 / 荷電粒子ビーム光学における収束・発散計算。

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