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量子・核物理

量子・核物理シミュレーター

量子トンネル・水素原子・核分裂・放射線遮蔽・特殊相対性理論まで。量子力学・核物理・放射線工学をブラウザ上でインタラクティブに学べる専門シミュレーター集。

18本のシミュレーター
シミュレーター集
荷電粒子トラップシミュレーター(ポールトラップ)
Charged Particle Trap
NovaSolverの荷電粒子トラップシミュレーターで、ポールトラップの原理をリアルタイムに可視化。電圧や周波数を調整し、荷電粒子の捕捉・脱出の動きを体験しなが
荷電粒子ローレンツ力サイクロトロン電磁場
水素原子スペクトル・ボーアモデル シミュレーター
Hydrogen Atom
水素原子のボーアモデルと光子放出・吸収スペクトルをインタラクティブに可視化。ライマン系列・バルマー系列・パッシェン系列の遷移波長・光子エネルギー・振動数を自動計
水素原子ボーアモデルエネルギー準位スペクトル
放射性崩壊シミュレーター
Nuclear Decay
C-14・I-131・Co-60・Ra-226・Tc-99mの放射性崩壊をリアルタイム計算。N(t)=N₀e^(−λt)の指数減衰と崩壊系列(バテマン方程式)を
放射性崩壊半減期α崩壊β崩壊
核分裂連鎖反応シミュレーター
Nuclear Fission
核分裂連鎖反応をシミュレート。ウラン濃縮度・減速材・制御棒吸収率・初期中性子数を調整し、実効増倍率keff、炉心状態(未臨界/臨界/超臨界)、世代ごとの中性子数
核分裂連鎖反応臨界
原子炉中性子拡散シミュレーター
Nuclear Reactor
原子炉中性子拡散シミュレーター「NovaSolver」は、1群拡散理論に基づき、原子炉の臨界条件や中性子束分布をリアルタイムで計算・可視化します。炉心設計パラメ
中性子拡散実効増倍係数核分裂臨界条件
放射線遮蔽計算ツール
Nuclear Shielding
ガンマ線遮蔽の計算を鉛・コンクリート・水などの材料と厚さでリアルタイムシミュレーション。遮蔽計算ツールでHVL(半価層)やTVL(十分価層)、透過線量率を即座に
放射線遮蔽ガンマ線HVLビルドアップ因子
箱の中の粒子・量子井戸 シミュレーター
Particle In Box
量子力学の基礎:箱の中の粒子(無限井戸型ポテンシャル)の波動関数・エネルギー準位をインタラクティブに可視化。電子・陽子・中性子の量子数n=1〜8までのψₙ(x)
量子力学無限井戸エネルギー固有値波動関数
プラズマシミュレーター
Plasma Sim
プラズマシミュレーター「NovaSolver」は、荷電粒子のローレンツ力とサイクロトロン運動をリアルタイムで可視化する学習ツールです。E×Bドリフトやプラズマ振
プラズマ荷電粒子サイクロトロン
量子調和振動子シミュレーター
Quantum Harmonic
量子調和振動子シミュレーターで、波動関数と確率密度、離散的なエネルギー準位を視覚的に理解しよう。量子数nを0から8まで変化させ、状態の変化をリアルタイムで可視化
量子力学調和振動子波動関数確率密度
量子スピンシミュレーター
Quantum Spin
量子スピンシミュレーター「NovaSolver」で、スピン1/2系の量子状態をブロッホ球上に可視化。磁場中のラーモア歳差運動やスピン期待値の計算、ラビ振動の確率
量子スピンスピン角運動量磁気モーメントブロッホ球
量子トンネル効果 計算機
Quantum Tunneling
量子トンネル効果の計算をオンラインで無料体験。ポテンシャル障壁の高さや幅を自在に調整し、トンネル確率をリアルタイムでシミュレーション。WKB近似と厳密解を比較し
量子トンネルWKB近似透過確率ポテンシャル障壁
量子井戸エネルギー準位計算ツール
Quantum Well
量子井戸のエネルギー準位をリアルタイム計算。GaAs/AlGaAs/InGaAsの実効質量を内蔵。無限井戸解析解と有限井戸の超越方程式を数値解法で求め、波動関数
量子井戸シュレーディンガー方程式エネルギー準位半導体レーザー
放射線遮蔽 計算機
Radiation Shielding
ガンマ線・ベータ線・中性子の遮蔽計算。Beer-Lambert則とビルドアップ係数でI=I₀×exp(-μρx)を計算。鉛・コンクリート・水・鉄などの材料で半価
放射線遮蔽半価層減弱係数Build-up係数
放射性崩壊・半減期計算機
Radioactive Decay
放射性崩壊・半減期計算機は、C-14やU-235など主要な核種の崩壊をリアルタイムでシミュレーション。半減期や崩壊定数の自動計算、崩壊連鎖の可視化グラフで、年代
放射性崩壊半減期バトーマン方程式核種
特殊相対性理論 シミュレーター
Special Relativity
特殊相対性理論の効果を無料でシミュレーション。速度を変えると、時間の遅れ(時間膨張)や長さの縮み(長さ収縮)、ローレンツ因子をリアルタイム計算。ミンコフスキー図
特殊相対性理論ローレンツ変換時間の遅れE=mc²
核結合エネルギーシミュレーター
Nuclear Binding Energy
質量数A・陽子数Zから核結合エネルギーを半経験的質量公式(Bethe-Weizsäcker式)で計算。核分裂と核融合のエネルギー収支を可視化。
核結合エネルギー質量欠損核分裂核融合
ハイゼンベルクの不確定性原理シミュレーター
Heisenberg Uncertainty Principle
位置の不確定性Δxと運動量の不確定性Δpの積がℏ/2以上であることを波動関数(ガウス波束)で視覚化。量子力学の根本原理を体験。
不確定性原理ハイゼンベルク量子力学波動関数
放射性炭素年代測定シミュレーター
Radiocarbon Dating Simulator
¹⁴Cの放射性崩壊(半減期5730年)から試料の年代を計算。残存率と年代の関係をグラフ表示し、炭素年代測定の原理を体験できる。
放射性炭素14C半減期年代測定

他のカテゴリ

量子・核物理とは — 基礎から実務まで

🙋
「量子トンネル効果」って、粒子が壁をすり抜けるって本当ですか?直感に反しすぎて…
🎓
本当です。古典力学では運動エネルギーEがポテンシャル障壁Vより小さければ粒子は絶対に越えられません。でも量子力学では波動関数ψが障壁内でも指数関数的に減衰しながら有限の確率で反対側に染み出します。トンネルダイオードやSTM(走査型トンネル顕微鏡)は実際にこの現象を使う工学デバイスです。
🙋
放射性崩壊でなぜ「半減期」という概念が成り立つんですか?
🎓
個々の原子核がいつ崩壊するかは確率的で予測不能ですが、大量の原子核の集団では統計則が成り立ちます。崩壊確率λが一定ならN(t)=N0×exp(-λt)という指数減衰になり、半分になる時間T1/2=ln2/λが定義できます。

よくある質問(FAQ)

Q: 不確定性原理は測定精度を上げれば破れますか?

A: いいえ、これは測定誤差の話ではなく自然界の本質的な制約です。Δx×Δp ≥ ℏ/2 は「位置と運動量を同時に確定した値として持てない」ことを意味します。電子を箱に閉じ込めると零点エネルギーが生じます。これが固体の安定性の根拠でもあります。

Q: 核分裂と核融合ではどちらがエネルギーが大きいですか?

A: 質量当たりで比較すると、核融合(水素→ヘリウム)は核分裂(ウラン)の約4倍のエネルギーを放出します。ただし核融合の制御(プラズマを1億度以上に保つ)は技術的に困難で、現在商用炉はありません(ITER建設中)。

Q: 放射線遮蔽の半価層(HVL)とはどういう意味ですか?

A: 放射線強度を半分に減衰させる遮蔽材の厚さを半価層(Half Value Layer)といいます。I = I0×(1/2)^(x/HVL) で計算します。60Coのγ線の鉛におけるHVLは約1.2cmです。

Q: 量子井戸デバイスとは何ですか?

A: 半導体の薄層(数nm)でキャリアを量子力学的に閉じ込めた構造です。エネルギー準位が離散化され「箱の中の粒子」モデルで計算できます。量子井戸レーザー・LED・HEMTなど現代の光電子デバイスの基盤技術です。