Диффузия частиц в магнитном поле

В постоянном и однородном магнитном поле заряженные частицы двигаются по винтовым линиям. Если бы частицы не сталкивались друг с другом, то они передвигались бы вдоль линий магнитной индукции. В действительности же частицы, конечно, сталкиваются друг с другом. К чему такие столкновения приводят? К тому, что частицы перескакивают с одной линии индукции на другую. Другими словами, из-за столкновении друг с другом частицы перемещаются поперек линии индукции. Такое явление называют поперечной диффузией плазмы в магнитном поле. Анализ показывает, что скорость поперечной диффузии частиц тем больше, чем меньше индукция магнитного поля и ниже температура. Таким образом, в сильном магнитном поле и при высоких температурах поперечная диффузия должна быть незначительной. Однако в действительности этот вывод оказывается справедливым только при очень ограниченных условиях.

Приближенная теория показывает, что основную роль в поперечной диффузии играют столкновения электронов с ионами. Столкновения же ионов с нонами и электронов с электронами при этом несущественны.

Так как ионы движутся в магнитном поле по окружности большего радиуса, чем электроны, то им «легче» перейти в результате соударений к вращению вокруг других линий индукции, чем электронам. Другими словами, ионы диффундируют поперек магнитного поля быстрее, чем электроны. Однако в плазме всегда должно быть выполнено условие квазинейтральности. Это означает, что уже при незначительном разделении положительных и отрицательных зарядов возникают сильные электростатические (кулоновские) поля, которые препятствуют дальнейшему разделению зарядов. Но при поперечной диффузии разделение зарядов происходит из-за разных скоростей диффузии электронов и ионов. Это значит, что с разделением зарядов возникающее сильное электростатическое поле препятствует образованию большой разности скоростей диффузии этих частиц. Рвущиеся вперед ионы увлекают за собой электроны, а электроны, наоборот, стремятся затормозить диффузию ионов. Такая совместная диффузия разноименно заряженных частиц называется амбиполярной.

Вспомним теперь о магнитных ловушках. Мы говорили, что в пробкотроне столкновения между частицами приводят к их уходу из ловушки. Теперь же мы узнали, что такие столкновения приводят еще и к поперечной диффузии частиц, являющейся причиной ухода их на стенки ловушки.