第９章

原子とボーアの原子モデル

原子の考え方は今では当たり前に見えるのですが、２０世紀以前には単なる仮説でしかありませんでした。この原子レベルでの現象の説明にはニュートンの考え方からの脱却が必要となっていきました。今回は、原子と原子のモデルから量子論的な考え方がなぜ必要になっていったのかを見ていきましょう。

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化学とは？
私たち人類は、身の回りにある物質について考え、それを様座七形で利用してきました。炎を操ることができるようになると、様々な物質を作るすべを学んできました。たとえば、粘土を火の中で固めて、陶器を作り始めたのは紀元前５０００年頃のことです。紀元前１２００年頃までには、溶鉱炉で高温の炎を作り出せるようになると、鉄鉱石から鉄を作り出せるようになっていました。この技術がにより、様々な器具や武器が大量に作られ、それが古代ギリシャ、エジプトや中国の文明の繁栄に寄与したと言えるでしょう。
紀元前、ギリシャに様々な哲学者が現れました。中でも、アリストテレスが、物質は火、土、水、空気からなるとする説を唱えました。もちろん現在ではこうした考えは間違いであることがわかっています。しかし、重要なのは、物質は何か共通のものからできているに違いないとする還元主義的な考え方を初めて持ち出したことです。
つまり、古代ギリシャ時代以前には、物質は何からできているかという問いかけ時代が存在しなかったのです。
アリストテレスの考え方は直感的でわかりやすいので多くの人々に受け入れられていました。この頃のこうした主張は、論理と理由付けに頼ったものでした。

錬金術アリストテレスの考え方に従えば、どんな物質でも条件さえ整えれば他の物質に変換できるはずです。たとえば、銅などから金を作ることも可能に思えるのです。このことにより錬金術が生まれました。アリストテレスの時代から 17 世紀まで、錬金術師は様々なことを試みましたが、すべて失敗しました。かのアイザックニュートンも錬金術について盛んに研究しました。重力についての法則を見つけたニュートンにとっても、物質の間に働く力については理解できなかったのです。しかし、錬金術師達の試みは、単なる失敗ではなく、化学物質の様々な反応について知ることができたのです。

ラボアジエによる元素の考え方

物質や化学反応についての基本的な考え方を提唱したのが、アントニー・ラボアジエ（1743-1794) です。
ラボアジエは、同じ性質を持つ単一の物質を元素と名付けました。そして、複数の元素からなる物質を化合物と呼んだのです。たとえば、水素は元素であり、水は水素と酸素からなる、化合物です。このような物質の判定には、実験が欠かせません。このラボアジエが行った再現可能な実験からなる物質の解析こそ現代サイエンスの定義にかなうものです。そのため、ラボア
ジエは、「現代化学の父」と呼ばれています。

アントニー・ラボアジエと彼の妻
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マリー・ラボアジエ

サイエンスにおける、原子の考え方
古代ギリシャ時代に、アリストテレスの考え方とは別に、およそ直感的でない考え方があらわれました。それは、物質を細かくしていくと、それ以上細かくできない物体でできているというものです。デモクリトス（460-370B.C) は、これを「切れない」という意
味のギリシャ語 a tomosから atom、原子と名付けたのです。デモクリトスの原子説によると、物質の質量や色などの性質は、原子の質量や色の性質によるものであるのです。
しかし、ここでも運動の法則と同じ運命がまっています。アリストテレスの名声のため、原子説はその後 2000 年にもわたって現れませんでした。
原子の考え方を近代サイエンスに持ち込んだのはジョン・ダルトン (1766-1844) です。
それぞれの元素は、独立した微粒子、原子からなると仮定しました。また、その原子は、化学反応においては生成されたり、破壊されたりしないものとします。原子同士が結合したものを分子と呼びます。この仮説は、次のような現象を説明します。

化学反応の性質と分子の仮説
２リットルの水素と、１リットルの酸素は反応して２リットルの水蒸気になります。同じ温度の元で、同じだけの体積を占めるものは同じだけの体積を占めるものとすると、これは、水素と原子は２対１の割合で結合していることを表しています。
しかも、もし水素と原子が単体であったとするなら、図のように１リットルの水しかできませ水素２リットル

酸素１リットル

水蒸気１リットル？

水素２リットル

酸素１リットル

水蒸気２リットルん。このため、水素や酸素が２つ の 原 子 か ら な る 分 子、 ２ 原子分子であるとすると、水が２リットルできることが説明できます。一般に、化合物の反応も、一 定 の 割 合 で 起 こ り ま す。 たとえば、１２グラムの炭素は、１６グラムの酸素と反応し、２酸化炭素となります。そして、化学反応においては、それぞれの化合物の反応などが一定の割合で起こることが原子の導入により説明ができるのです。

水素と酸素の反応の説明
分子を登場させるしか説明がつかない
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気体の性質と原子気体は、温度が上がると膨張しようとして１秒間に右側の壁に衝突する部分
衝突

体積２倍では１秒間に右側の同じ面積に衝突する部分圧力が上がります。このような性質は、原子論から説明することが個数１／２
圧力 1/2できます。
たとえば、図のように体積が２倍になると、密度が半分になり、単位時間あたりに同じ原子の存在を仮定すれば気体の圧力と体積の性質は簡単に説明で面積では壁に衝突するきる。
分子の数は半分になります。このため、単位面あたりに壁を押す力、圧力は半分になります。このため、原子を認めると同じ温度では圧力と体積とは反比例することを自然に導くことができます。
様々な分子が熱平衡状態にあるとき、分子の重さに関係なく、平均運動エネルギーはほぼ等しくなります。分子の平均運動エネルギーに比例しており、これはいかなる物質でも変わりません。そのため、気体では、同じ温度において同じ圧力であれば中に含まれる分子の数は、分子によらずほぼ一定になります。また、温度が高くなると膨張するなどの性質も原子の立場から説明できるのです。

ブラウン運動水の中に落ちた花粉の粒を観測すると、まるで生きているように乱雑に運動しているのがわかります。このような、微粒子の運動をブラウン運動と言います。アルベルト・アインシュタインは、このブラウン運動は、花粉の粒に水の分子が衝突していると考えて、ブラウン運動の性質を数学的に説明しました。花粉に熱により乱雑に運動している水の分子が衝突することにより、花粉の粒もまた乱雑に運動するようになるというのです。

19 世紀のサイエンスと原子仮説

以上のような原子の存在の説明は、間接的なものです。つまり、原子の存在を仮定して、そこから起こる現象を見ているわけで、原子自身を観測していません。このようなとき、原子説以外の説明が不可能であることを証明することは逆に困難です。それは、考えられる限りの仮説をつくしてもまだ気づかない仮説があるかもしれないからです。２０世紀の初頭まで、原子の存在が単なる仮説として存在し、これをサイエンスと呼べたかどうかについては、意見が分かれるところです。もちろん、以下のように現在では直接的に原子を見ることができます。しかし、原子説に限らず、サイエンスの中で、新しい概念が、現在でも直接的な観測ではなく、間接的な状況しかないものも存在することがあったのです。
そしてそれを考える上でも、１９世紀までの原子説は有益な教訓となっているのかもしれません。
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ラザフォードの原子模型
20 世紀初頭まで原子の存在は仮説のままでした。しかし、ラザフォードは、プラスの電荷を持つヘリウムの原子核（アルファ線）を金の薄膜に向かって照射すると、そのほと金薄膜

んどは金の薄膜を突き抜けます。しかし、千回に一回ほどの割合で、ヘリウムが非常に大きく散乱されることを見つけました。正の電荷のアルファー粒子をこのように大きく反発スクリーンする力を与えるためには、クーロンの法則により、重い正の電荷に非常に近づいた場合の大きな反発力により散乱されると考えるのがアルファー線源

自然でした。彼は、小さな正の電荷の部分を核ラザフォードの実験により原子の存在は初子と呼びました。正の電荷の実際にそのモデル
めて確かめられたによって計算した散乱の仕方と、実験とは一致したのです。この小さな核子に近づかない限り、アルファー粒子は素通りしてしまいます。
千回に一回くらいの割合で、アルファー粒子は原子核の近くをとおり、電子それが大きく散乱されるのです。つまり、これは非常に小さな正の電荷を持つ原子核の周りを電子が運動していて原子を構成しているとい陽子う直接的な証拠となりました。この同様のモデルは、日本の長岡半太郎も提唱していたものです。ただし、長岡半太郎は実験的な裏付けはなく、原子の一つの可能性として提唱しました。このラザフォードの結果によって史上初めて人類は原子を直接見たことになったのです。

古典的原子モデルの困難

ラザフォードの原子モデルでは原子核のまわりを電子が回っています。しかし、電磁気学によると次のような困難が現れます。円運動している電子は、電子の速度の方向がかわるので、加電子

電磁波陽子速度を持っています。すると、電磁気学により加速している電子は電磁波を放射することになります。したがって、電子は電磁波を放射し原子核に落ち込んでしまうことになるのです。つ
まり、通常の考え方では、原子モデルは破綻してしまいます。

ラザフォードのモデルでは、円運動で加速（進行方向を変える）している電子は電磁波を放出してエネルギーを失い原子核に落下してしまう
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アーネスト・ラザフォード (1871-1937)
ラザフォードは、ニュージーランドの南の島ネルソンという町で生まれました。地元の大学を卒業した彼は、ロンドンの奨学金に応募しました。奨学金は次点になりましたが、幸運にも 1 位の人が辞退したおかげでイギリスで勉強できることになりました。この知らせが届いたとき、ラザフォードは田舎町の自分の家の畑でジャガイモを掘っていましたが、このとき「これが生涯で最後の芋掘りだ」と言ったそうです。彼はその後ケンブリッジ大学に入り、研究を始め、レントゲンの発見に刺激されて放射線の研究を始めます。ラザフォードはアルファ線とベータ線の名前の名付け親です。1895 年にその頃の物理研究の世界での中心地ケンブリッジを後にして、カナダのモントリオールにある大学に赴任します。そこで、行い精力的な研究を行った後、イギリスにもどります。アルファ線がヘリウムの原子核であることを示す実験を行い、1908 年にノーベル化学賞を受賞しました。その後に原子核の存在を示すラザフォード散乱実験を行います。これにより、太陽系模型型の原子模型を確立しました。また、アルファ線を原子にあてて、原子核を変えるという現代版錬金術を実証しました。彼は、絶えず鼻歌を歌っているようで陽気で、たぐいまれな研究者ではありましたが、講義は決して優れたものとは言えませんでした。すぐに話が脱線して自分の気に入る話をしてしまいがちでした。授業中に、黒板でゼロとなるはずの積分計算がゼロではなくなり、この積分の dx が無限に小さいのでゼロになるんだと大まじめで言ったそうです。良い研究者と良い教育者は別だという典型的な人です。

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光放射の問題とその解決法は？
19 世紀末頃には、ほとんどの基本的な問題はニュートンの力学と、マックスウェルの電磁気学によって完全に説明できるものでした。ただ、熱力学の分野では、光の放射の問題は未解決のままでした。物質はその温度によって光を放出することは学びましたね。この放射を理論的に導き出すことには次のような困難がありました。
光は電磁波です。そのため、様々な周波数の光があります。ひもを振って波を作るときには、一生懸命素早く振らないと高い周波数が生まれませんので、高い周波数の波ほどエネルギーが高いと思いがちです。しかし、高い周波数と言っても、振幅を非常に小さくすればいくらでもエネルギーを小さくできます。熱力学によると、熱平衡状態では、様々な振動数の波すべてに同じ運動エネルギーが与えられましたね。しかし、高い周波数が無限にありますので、無限個のものに同じ運動エネルギーを分配して温度は限りなく低くなっていってしまうはずです。つまり、無数の自由度に分配されてしまうと、光の波の平均運動エネルギーはゼロとなり、温度が上がらないのです。これが熱放射の問題です。振動数の大きな、紫外線へのエネルギーの分配から起こることから紫外カタストロフィーとも呼ばれます。

無限個の振動数

これは次のようなアイデアで解決できます。今、1 円玉、５輻射強度円玉、10 円玉、５００円玉、１０００円札、５０００

可視光

6000K

円札、１００００円札がたくさんあったとします。それぞれの種類だけで、5 ０００円でそろえてみます。すると、一円玉では 5 ０００個で 5 千円になりますね。5 円

5000K

だめでは１０００個です。同様に、１０００円札では 54000K

枚、５０００円札では 1 枚となり１００００円札では５０００円にすることができませんね。また、1 円など細かいと５００１円などとすることも可能ですので非常

3000K

200400

600

800

1000

1200

1400

波長(nm)

波長ごとの放射強度に連続的なお金を用意することができます。

波長の短い電磁波は放射されに光の放射の問題はこれと同じように解決されました。 くくなっている

プランクは、この問題の解決のためエネルギーにはその振動数に比例した最小の光の量子があると考えました。これによると光はエネルギー = プランク定数×振動数という量子の集まりで出来ています。これを光の量子仮説と言います。この光の量子を光子と言います。これによると振動数が大きいほど、量子のエネルギーが大きくまります。
そのため、振動数の大きい電磁波には、基本のエネルギーが大きいため等しく分配できなくなるのです。このため、振動数の大きな電磁波にはエネルギーの分配は非常に少なくなり、有限個の振動数でエネルギーを分配するのと同じような効果となります。この量子仮説に基づきプランクは、光の放射の強度を理論的に定量的に再現することに成功したのです。

157マックス

プランク (1858-1947)

マックスプランクはドイツのキールで生まれました。プランクは非常に秀才ですが、音楽家としても卓越していたため、研究者になるか音楽家になるかで随分まよったそうです。結局プランクは研究者になる道を選び、大学ではベルリンの大学に行こうと思いました。しかし、そこでキルヒホッ
フやヘルムホルツという大先生の講義に出ましたが、学生たちの眠気を誘うような講義であったり、話の脈絡がわからなくなったりするような講義がたびたびでした。良い研究者は良い教育者とは限らないのは、日本に限らずどこの国でも同じなんですね。熱力学や電磁気学の分野はそのころ急速に発展しており、そこで、熱力学の研究をしミュンヘン大学で学位を取りました。熱その後、キールの大学に赴任していましたが、1889 年にベルリン大学に赴任します。その頃、物理学ではそれまでの古典的な考えでほとんどの現象が説明できていました。その例外的な一つであるのが熱放射の問題でした。彼はこの基本的な問題に対して 6 年もの長きにわたって取り組みます。この熱放射の分布に関して 1900 年に外挿する式をまず見つけます。そして、それに解釈を与えてみました。すると、光は連続的にエネルギーを持てるものではなく、光の量子というものが必要となったのです。そのような考え方はそれまでの常識とかけ離れていました。1918 年にノーベル賞を受賞しています。
ある物理学者がプランクにいったいどのようにして量子論のような信じがたいものを作ったのかと聞いたら、プランクは「それは絶望的とも言える行為だった。6 年間ともいうもの、私は黒体放射の理論と格闘していた。これが本質的な問題であることは解っていたし、答えもわかっていた。そこで私は何を犠牲にしてもこの理論的な説明を見つけ出さなければいけなかったのだ。ただし、犯すべからざる熱力学の２つの法則だけはそのままにしてね。
」と言ったそうです。

温度と色の関係は？

熱放射のところで見ましたが、物体は温度が上昇するほど波長の短い光を多数放出するようになります。このため、３０００K で赤い色だった放射は、７０００K では青みを帯びてきます。これは、熱によって分子の振動が激しくなるとエネルギーの大きな波長の短い光子を放出する割合が増加するためです。
一番多く放出される光の振動数は、プランクの仮説によりエネルギーに比例し、そのため、一番多く放出される光の振動数は絶対温度に比例するのです。
電磁波の章で見ましたが、光の振動数と波長とは反比例しますので、絶対温度が２倍になると放出される中心的な光の波長は２分の１となります。

158粒子も波？
電磁波は、波としての性質だけでなく、粒子としての性質を持っていました。これにより逆に、すべての粒子が波としての性質を持つことが示唆されます。ドブロイは、光の場合に成り立つプランクの関係式、エネルギー＝プランク定数×振動数に加えて質量×速さ＝プランク定数÷波長の関係を提唱しました。このようにして決まる粒子の波長を粒子のドブロイ波長と言います。
実際に電子に対して、このドブロイ波長程度の間隔のスリットを用意して、電子を通過させます。すると、一電子数つ一つの電子はスクリーンにまばらに衝突します
が、たくさんの電子を集めると、干渉縞が確認できるのです。
この電子の波長は光の数千分の一です。通常の光学顕微鏡では、光の波

電子銃

長程度の大きさのものは、 光 の 回 折 な ど が おスリット

ターゲット

こってしまい、見ることが 電子でも干渉が起こるで き ま せ ん。 そ れ に 対 して、電子を光の代わりにすれば、さらに細かい物質を見ることができるのです。この原理を利用しているのが電子顕微鏡です。これについては、第１０章で詳しく見てみましょう。

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原子の放出スペクトル原子は元素や分子によって色スリットが異なります。これは、物質のプリズム光の吸収によるものであること
は 前 章 で 学 び ま し た ね。 こ のような吸収または放出は原子によって特定の波長の光を放出さ紫 青れます。
このように、原子によって光の抄出が異なることは、私たち

緑

赤

水素ガス
電離管

410nm 435nm

486nm

656nm

がものを燃やすときに色が異なることで経験していることです。また、物体によって色が異なるのも、太陽からの光の吸収が物質によって異なるからです。
原子によって吸収される原子の線スペクトルと言います。これはどのようにして起こるのでしょうか？

ボーアの原子模型

波動性があると、原子模型はどのようにかわるのか見てみましょう。電子は原子の周りを回るが波動なので閉じていなければなりません。また、ドブロイの関係により波長は運動量に反比例するので、波長が短いものは速度が大きく、エネルギーが大きくなります。そのため、電子のエネルギーは一周するまでに何回振動したかで決まったエネルギーとなります。このためエネルギーは、とびとびの値しかとれなくなる

電子

光子

陽子のです。これをボーアの原子模型と言います。
一番エネルギーの低い状態を基底状態と言い、それより高い状態を励起状態と呼びます。また、とびとびのエネルギーをエネルギーレベルと言います。電子が基底状態から励起状態に移るとき、その差にあたるエネルギーを吸収する必要があります。光は量子で、エネルギーと振動数が比例するので、光を吸収するときには、特定の振動数の光のみを吸収することになります。また逆に放出するときも同様です。このようにしてボーアの原子モデルによって水素原子の線スペクトルが説明されました。
ボーアの原子模型のイメージがわかない人もいるかもしれませんので、原子を地球サイズにしたらどうなるのか見てみましょう。
地球から高いところに足場があり、そこから飛び降ります。すると、地球の引力により加速して運動エネルギーを得ますね。地球に着地したときこのエネルギーは熱となるわけです。熱は分子の細かい振動などですが、原子レベルでは陽子は重いので振動せずに光を放出してエネルギーを解放するのです。
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熱蛍光灯と省エネルギー
白熱電球は、タングステンフィラメントを電流により３０００ケルビンくらいに加熱して放射により光を発します。しかし、エネルギーのうち約９０パーセントは赤外線として発せられますので、発光効率は悪いものになります。実際にさわるとかなり熱いですね。
これに対して、私たちが良く用いる蛍光灯はそれほど発熱しません。それでは、蛍光灯はどのようにして光を発しているのでしょうか？
蛍光ランプは、内側に蛍光物質を塗ってあるガラス管の両側に、電極があります。ガラス管内部は、真空にした上に、少量の水銀とアルゴンガスが封入してあります。電圧がかかり、電極から放出された電子は、放電された電子水銀と衝突し、水銀の中の電子のエネルギーレベルを水銀原子上げます。この電子がもとの状態に戻るときに光を放出します。この光の波長は紫外線の領域ですが、蛍光ランプ内側の蛍光物質にあたって可視光に変えられ紫外線るのです。これが蛍光灯の名前の由来です。蛍光物質の種類によって、昼白色、電球色などのさまざまな種類のランプができています。蛍光物質の発光も原理的水銀原子には水銀と同じものですので、ピークを特定の波長に持つ発光となります。そのため、この全体の発光が自然に見えるように蛍光物質が選ばれています。このような発光のためその発光の効率は白蛍光物質で可視光へ
紫外線熱電球と比べて５倍程度改善されます。
省エネルギーのためにも白熱電球の使用を控えて電球型蛍光灯にすることが奨励されています。

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19 世紀の暗黒物質

ヘリウム

ヘリウムは風船の中に入れたりすることからもわかるとおり、非常にかるい物質です。
また他の物質とは化学反応をしません。そのため、地中に含まれていることもなくまた大気中にも希な物質です。物質を識別するのには、化学反応で調べるのが一つの方法ですが、この方法ではヘリウムは検出できないのです。
１８６８年に、フランスのピエール・ジャンサンは日食の分光器による観測をし、地上では見たこともないスペクトル線を発見しました。ギリシャ神話の太陽神 ,helius にちなんでヘリウム (helium) と名付けられました。しかも、地上ではどんな化合物を分離しても対応する元素は見つかりませんでした。そのため、宇宙にはあるが、地球には存在しない元素を仮定しなければならないという危惧が生まれました。つまり長い間ヘリウムは地上では見ることができない物質だったわけです。
１８９５年ウイリアム・ラムゼー ( 1852 – 1916) は、ウラン鉱の中にヘリウムを発見します。ここに長年の懸案が解決されたわけです。
ちなみに、ラムゼーは、1898 年、クリプトン、ネオン、キセノンを発見し、不活性ガスの属を一人で発見しました。１９０４年これらの功績に対してノーベル化学賞が贈られました。
次章でも登場するように、アルファー線がヘリウムの原子核であることが、ラザフォードらによって明らかにされていきます。
現在では、ヘリウムは天然ガスの中に１パーセント以上の相当量含まれていることがわかり、これを利用して大量に生産されています。それではこのヘリウムは地中でどのように発生したのでしょうか？それは、地球内部での放射性崩壊によりアルファー線が放出されたからです。地熱の主な要因は放射性崩壊であると言われています。
ヘリウムに似た現象は今も知られています。それは、銀河系には暗黒物質と呼ばれる物質が通常の物質の５倍以上あることが解っていながら、地上の実験では観測されていないのです。もしかしたら今後この暗黒物質が地上の実験で観測される日がやってくるかもしれません。

162

白熱電球のしくみ
白熱電球はどのように光を出しているのでしょうか？ガラスで密閉した容器（バルブ）の

輻射強度

可視光

中央に抵抗の大きなフィラメント（通常はタングステン）があり、バルブ内にはフィラメント化学反応の起こらない不活性ガス（アルゴン、窒素など）が封入してあります。フィラメン
トに電流を流すと抵抗によるジュール熱で２，５００度程度に熱せられます。この熱による放射で、可視光では若干赤みを帯びた白熱光とな

500

1000

1500

2000

2500

3000
波長(nm)

ります。温度が比較的低いので、放射の分布は赤外から可視光

タングステンフィラメントにひろがり、放射の約７０パーセントは、赤外放射や熱として外部に出てしまい、可視光としては１０パーセント程度しか利用できません。また、温度を上げるとタングステンの蒸発が速電流くなり、寿命が短くなります。バルブに封入した不活性ガスはフィラメントの蒸発を抑える働きをするが同時にフィラメントの熱を外に伝えてしまう働きをするのでフィラメントの形状をばねのようにして、不活性ガスとの接触をおさえています。
フィラメントが蒸発して断線すると不点灯と白熱電球は寿命を終えます。通常の白熱電球の寿命は１０００時間くらいであすが、最近ではもっと寿命の長いものができています。
しかし、いずれにせよ光となる効率が悪いため、電球型の蛍光灯に切り替えた方が得策でしょう。最近ではさらに LED を用いたものが発売されています。この原理については、後の章で紹介しましょう。

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レーザー
レーザーとは、波長が単一で、波がそろった光です。レーザーは様々な形で利用されています。
身近な例としては、CD や DVD の読み取りや書き込みなどがレーザーで行われています。コンビニ
エンスストアやスーパーマーケットで、店員さんがバーコードを読み取るときにもレーザーが使われています。また、切断加工などの工業用や、レーザーメスなどの医療用にも用いられています。
このレーザーの仕組みを知るのにも、ボーアのエネルギー順位の考え方が役に立ちます。
Laser は light amplification by stimulated emissionof radiation の略で、日本語で言い表すと、放射の誘導放出による光の増幅となります。この用語を理解してみましょう。
以下ルビーレーザーを見てみます。ルビーは可視光領域では、エネルギー順位により、赤い光に相当する波長の光子を放出します。このため、ルビーは赤く見えます。
このためには、外部からエネルギーが供給されないといけませんが、この電子の励起は、外からの光の吸収や、熱によって起こっています。この光の放出される方向は各原子によって様々な方向に放出されます。これを自然放出と言います。
一方、光には外部からある方向の光子がやってくると、それと同じ方向の光を放出する傾向があります。これを誘導放出と言います。したがって、外部からの光がすべて同じ方向を向いていれば、誘導放出によってより多誘導放出くの光が抄出されることになります。

外部と同じ光子を放出しようとする
レーザーでは、ルビー結晶内部の光を何度も反射させて結晶中を同じ方向の光を増反射率１００％の鏡エネルギー反射率95%の鏡幅させた後外部に放出させます。

ルビー
結晶

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ルビーレーザーの構造

キーワード
元素、化合物、核子、ブラウン運動、ラザフォードの原子模型、原子の線スペクトル、光の量子仮説、光子、ボーアの原子模型、基底状態、励起状態、エネルギーレベル、蛍光ランプ、レーザー、自然放出、誘導放出、165