電子ボルトからテラジュールへの換算

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。

テラジュール（TJ）について

テラジュール は、1000 ギガジュール、すなわち 1 兆 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は TJ です。国が自国の エネルギー を計上するときの単位であり、工学の カタログ よりも公式統計にはるかに多く現れます。機械ではなく、町の 1 年ぶんの消費に合わせて刻まれた大きさだからです。

国際的な エネルギー 計算はこの単位で回っています。国際 エネルギー 機関は各国の エネルギー 収支を テラジュール で公表し、国際連合の気候枠組みに提出される温室効果 ガス 目録も、燃料の使用量を同じ単位で報告します。排出係数もそれに合わせて示されます。都市 ガス を 1 テラジュール 燃やすと 二酸化炭素 が およそ 56 トン、軽油 では およそ 74 トン、石炭 では およそ 95 トン 出ます。これで エネルギー の数値がそのまま排出の数値になります。

発電もここで語られます。3 メガワット の風力発電機は、現実的な設備利用率で年に およそ 33 テラジュール を生みます。大型船 1 隻ぶんの液化天然 ガス の積み荷は 3800 テラジュール 近くを抱えており、だからこそ 1 回の輸送で小国の ガス 需要を数週間まかなえます。いっぽう系統規模の蓄電池は、いまなお 1 テラジュール の何分の 1 という単位で測られています。

破壊のエネルギーもこの尺度に届きます。TNT 1 キロトン はちょうど 4.184 テラジュール にあたるので、広島に投じられた爆弾は およそ 63 テラジュール を放ちました。マグニチュード 5 の地震はおよそ 2 テラジュール の地震波エネルギーを放射し、マグニチュード が 1 上がるごとにその量は およそ 32 倍になります。マグニチュード 7 の地震が マグニチュード 5 の 1000 倍にあたるのはそのためです。

この単位は、エネルギー の語られ方の境目も示します。これより下では、量は建物と車両と機器のものであり、話題は効率です。これ以上になると、量は政策のものになります。燃料の輸入、助成の仕組み、排出目標、系統の計画です。測っている物理は同じですが、テラジュール は会話が技術のものであることをやめ、政治のものになる場所なのです。

テラジュール の上では、階段は国の部門ごとに使う ペタジュール へ、さらに世界の合計に使う エクサジュール へと続きます。世界の一次 エネルギー 消費は年に 600 エクサジュール あまりです。この階段を下へ読み替えるのは、そのつど小数点を 3 桁ずらすだけの作業です。

1 テラジュール は、1 兆 ジュール、およそ 277.8 メガワット時、およそ 239 ギガカロリー に等しくなります。