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回転円板から放出される気体分子の指向性に関するシミュレーション

Monte Carlo simulations of the beam effect for the emitted molecules from the rotating disks

荻原 徳男

Ogiwara, Norio

ギャップの十分狭い円板型スリットにおいて、気体分子を内側から外側に通過させるとき、円板に回転を与えることにより気体分子の放出特性が静止している場合と比較して、どのように変わるかを調べた。(1)両円板に回転を与えると、気体分子が回転円板から速度を付加される効果により、より円板の接線方向に放出されるようになる。速度比$$eta$$(回転により獲得しうる最大速度と分子速度の比)が3.8では、接線と0.4rad以内に放出される割合は75%を超える。規定平面となす角度に関する分布については、ピーク位置を変えずに、山高さが高く、半値幅が小さくなっていく。(2)片面のみを回転させると、回転円板を最終衝突面とするものが、放出される気体分子の大半を占めるようになる。この分子群に対する角度分布の形状は、規定平面および接線方向のどちらに対しても、両面回転時に得られたものと、ほぼ同一の回転依存性を有する。一方、規定平面近傍に等方的に放出される(主として静止円板由来)成分は、回転数に伴う増加率は大きくない。この特性を利用することにより、両面回転を用いるよりも規定平面への平行度が高いガスシートを生成することが可能となる。

The angular distribution of molecules emitted from rotating disks with a small gap was simulated using the Monte Carlo method. As the molecules have a circumferential velocity $$r$$$$omega$$ ($$r$$: distance from the rotating axis and $$omega$$: angular velocity), when they leave the surfaces of the rotating disks, they tend to be emitted toward the tangent lines of the rims of the disks. When the disks rotate with a velocity ratio $$eta$$ $$equiv$$ $$r$$ $$_{1}$$$$omega$$/ $$<$$$$nu$$$$>$$ ($$r$$$$_{1}$$: radius of the disk and $$<$$$$nu$$$$>$$: mean velocity of the molecules) of 3.8, three quarters of the outgoing molecules gather within an angle of 0.4 radians from the tangent line. The angular distribution is related to the altitude almost independent of the revolution frequency with a value of $$eta$$ less than 2, where the rotating vector is specified to be oriented to zenith.

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