4 電子ボルトからデカジュールへの換算

電子ボルト（eV）について

電子ボルトは、1 ボルト の電位差を通り抜ける電子 1 個になされる仕事にあたるエネルギーの単位です。記号は eV です。2019 年の SI の再定義以降、その値は厳密に 1.602176634 かける 10 の マイナス 19 乗 ジュール と定まりました。電気素量そのものが、いまや定義された定数だからです。

この単位が存在するのは、原子の世界にとって ジュール が絶望的に大きすぎるからです。可視光の光子 1 個が担うのはおよそ 1.6 から 3.3 電子ボルト であり、これを ジュール で書けば頭に 19 個の零が並びます。電子ボルト で扱えば、化学結合のエネルギーも、原子の遷移も、素粒子の衝突も、1 から数までの数値で言い表せます。単位に求められているのは、まさにこれです。

この尺度は、いくつもの分野をまるごと整理します。化学は数 電子ボルト に住み、それは結合のエネルギーであり、結合を断つ可視光や紫外線の光子のエネルギーです。エックス線は キロ電子ボルト を占めます。原子核物理は メガ電子ボルト で働き、それは結合エネルギーと放射性崩壊の尺度です。素粒子物理は ギガ電子ボルト を用い、そこでは陽子の静止質量が 0.938 です。大型ハドロン衝突型加速器では テラ電子ボルト を使い、その陽子は 1 個あたり 6.8 を担います。

質量も、質量とエネルギーの関係を通じて同じ単位で示されます。粒子の静止質量は、電子ボルト を光速の 2 乗で割った形で与えられますが、物理学者はふつうその除数を省き、電子は 511 キロ電子ボルト だと言ってしまいます。同じ約束のもとで、ヒッグス粒子は 125 ギガ電子ボルト です。

半導体の工学はこの単位に依存しています。ある物質の電気的、光学的なふるまいを決める バンドギャップ は、電子ボルト で表したエネルギーです。ケイ素はおよそ 1.1、窒化ガリウムは 3.4 であり、このひとつの数値が、その素子が太陽電池になるのか、トランジスタになるのか、青色発光ダイオードになるのかを決めます。

天文学は、高いエネルギーの光子についてこの約束を受け継いでいます。そのためガンマ線望遠鏡は、観測結果を波長ではなく ギガ電子ボルト や テラ電子ボルト で報告します。

粒子 の 加速 器 は、達する エネルギー に ちなんで 名づけられ、その 名 は 接頭 語 を たどります。1932 年 に はじめて 原子 核 を 割った コッククロフト と ウォルトン の 装置 は 数百 キロ 電子 ボルト で働きました。1950 年代 の ベバトロン は 十億 の 桁 に達し、反 陽子 を見つけました。そして 大型 ハドロン 衝突 型 の 加速 器 は 陽子 を それぞれ 6.8 テラ 電子 ボルト まで もっていきます。宇宙 線 は これ すべて を 相対 化 します。10 の 二十 乗 電子 ボルト まで の エネルギー で到来し、どの 装置 が作れる 量 の 数千万 倍 だからです。もっとも、その ような 粒子 は 一 平方キロメートル あたり 一 世紀 に ほんの わずか しか 地球 に届きません。

1 電子ボルト は、およそ 1.602 かける 10 の マイナス 19 乗 ジュール、およそ 3.83 かける 10 の マイナス 20 乗 カロリー に等しくなります。

デカジュール（daJ）について

デカジュール は、10 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は daJ です。ジュール の 倍量 単位のなかでもっとも書かれることが少ないのですが、それは量そのものが縁遠いからではなく、デカ が メートル法 全体でもっとも使われない 接頭語 だからです。単位そのものを覚えるより、その事情を知るほうが役に立ちます。

この量は、物理のなかでもとりわけ思い描きやすいものです。1 キログラム の砂糖の袋を 1 メートル 持ち上げる仕事は 9.81 ジュール、つまりほぼちょうど 1 デカジュール です。心臓は 1 拍あたりおよそ 1 ジュール を出しますから、10 拍ぶんにあたります。英国で免許なしに持てる空気銃の弾は最大 16 ジュール、1.6 デカジュール 余りを運びます。いずれも、体が努力として直に理解できる量です。

デカ が日常に生き残っているのは数えるほどの場所で、そのほとんどが質量に関わります。オーストリア、ポーランド、ハンガリー、チェコ の地では、総菜売り場がいまも デカグラム で量り売りをしており、客は 200 グラム ではなく 20 デカ の ハム を頼みます。デカニュートン は 綱 や 索 の格付けに、フランス では 牽引 能力に使われます。ちょうど 1 キログラム の重さに近いからです。

それ以外の場面では、この 接頭語 はただ負けました。工学は 1000 倍きざみに整えられ、キロ が基本単位のすぐ上に座ります。そうなると、2 桁の数字がすでによりよく果たしている仕事のほかに、デカ にすることは残っていません。40 ジュール と書くほうが 4 デカジュール より短く、暗算なしに 400 ジュール や 4 キロジュール と同じ表に正しく並びます。

名前は違っても、この尺度そのものは知っておく価値があります。人のひとつひとつの動作の尺度だからです。球を投げる、重い扉を閉める、満杯の やかん を こんろ に載せる、弓を引く。どれも数十 ジュール を要します。包装材や保護具の衝撃試験もここで定められ、空気銃や工業用の 打ち込み 工具に関する規則のエネルギー上限も同じ範囲に書かれます。

文書のなかで デカジュール に出会ったら、どちらの向きにも 1 手で換算できます。10 倍すれば ジュール、100 で割れば キロジュール です。どちらの形も正確で、今日の仕様書のほかの数値と そろう のは ジュール の形のほうです。

1 デカジュール は、10 ジュール、およそ 2.39 カロリー、およそ 0.00278 ワット時 に等しくなります。