デシジュールから電子ボルトへの換算

デシジュール（dJ）について

デシジュール は、1 ジュール の 10 分の 1、すなわち 0.1 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は dJ です。デシメートル や デシリットル とまったく同じ作り方で、メートル法 の正当な一員ですが、どちらよりもはるかに書かれることが少ない単位です。それが指す量は、ふつう ジュール の小数として書かれるからです。

この尺度は体で感じ取れます。100 グラム の りんご が 10 センチメートル 落ちると、およそ 1 デシジュール で着地します。ばね 仕掛けの ねずみ 捕りは数 デシジュール を蓄え、強い指はじきはおよそ 1 デシジュール を放ち、下手投げの小石は数 デシジュール を運びます。ミリジュール から上がってきて、人がエネルギーを かちり という音ではなく押される感触として直に感じ取れる、最初の領域です。

製品安全は、名前こそ使わないものの、この範囲を使っています。玩具の飛び道具の規則は ジュール と ジュール の 10 分の 1 で書かれ、空気式の模擬銃は日本では銃口エネルギー 0.98 ジュール までに制限され、小さな樹脂試験片の衝撃試験は 10 分の 1 の桁で結果を出します。数値は 3 dJ や 5 dJ ではなく 0.3 J や 0.5 J と書かれますが、規制されている量はまさに デシジュール が指すものです。

デシ がほかの単位で生き残ったのは、理屈よりも便利さのためです。デシリットル は 北欧 と スイス と 中欧 の広い範囲で台所の標準の量りであり、立方 デシメートル はまさに リットル です。つまりこの 接頭語 は、ほとんど誰もが使う単位のなかに静かに組み込まれています。デシグラム は薬局や貴金属の取引に現れ、デシベル があるのは、ベル そのものが音を言い表すには刻みが粗すぎたからです。

ジュール には、そうした力のどれも働きませんでした。工学はすでに 1000 倍きざみの 接頭語 に落ち着いており、あとは小数点が仕事をします。0.4 ジュール は 4 デシジュール より書きにくいわけではなく、単位を変えずに 40 ジュール や 4 キロジュール と同じ表に並びます。接頭語 は書く手間を減らすことで居場所を得るものですが、ここでは何も減らしません。

したがってこの単位に出会うのは、たいてい古い文献か、訳された技術資料か、接頭語 の階段をひととおり通す教材のなかです。換算はどちらの向きでも造作もありません。100 倍すれば ミリジュール、10 で割れば ジュール になり、その値はまわりの書き方にそのまま収まります。

1 デシジュール は、0.1 ジュール、およそ 0.0239 カロリー、およそ 0.0000278 ワット時 に等しくなります。

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。