Взаимодействие частиц с электрическим и магнитным полем

Стационарное Е – поле.

Изменяет кинетическую энергию частицы.

Рисунок 1.6 – Движение электрона в стационарном Е – поле

 

(1.20)

 

Скорость определяется формулой:

 

(1.21)

 

При движении частицы вдоль E - поля траектория – прямая линия.

При движении частицы поперёк E - поля траектория – парабола.

 

Стационарное В – поле.

(1.22)

    Магнитная составляющая силы Лоренца в каждый момент времени перпендикулярна направлению движения частицы. Поэтому энергия частицы остается постоянной, а траектория представляет собой круговую орбиту.

 

Рисунок 1.7 – Ларморовские радиусы в магнитном поле

 

Ларморовский радиус и частота:

 

(1.23)

 

(1.24)

 

 – это условие указывает на неоднородность воздействия магнитного поля на плазменные частицы

 

Движение параллельно линиям магнитного поля.

В этом случае В - поле не будет оказывать влияние на движение частицы, потому что:

(1.25)

 

Движение заряженных частиц в неоднородном B - поле.

а) Движение заряженной частицы в магнитном поле с продольным градиентом.

Рисунок 1.8 – Движение электрона в магнитном поле с продольным градиентом

б) Движение заряженных частицы в магнитном поле с поперечным градиентом.

 

(1.26)

 

Рисунок 1.9 – Градиентный дрейф заряженных частиц

Движение частицы в скрещенных Е и В полях.

Частица движется под действие электромагнитной силы Лоренца:

 

(1.27)

Траектория движения частицы – циклоида.

Рисунок 1.10 - Движение частиц в скрещенных Е и В полях

 

 

Скорость смещения циклотронного центра вращения:

 

(1.27)

 

Высота циклоиды:

 

(1.28)

 

Рисунок 1.11 - Траектории, соответствующие различным начальным скоростям

 

Параметр Холла. Определяет замагниченность плазмы или сколько оборотов сделает частица от одного столкновения до другого.

 

(1.29)

 

при  электронная компонента плазмы меняет свои свойства и появляется дрейфовое движение.

 

Если

     плазма.                

 

Магнитная ловушка. Адиабатический инвариант.

Рисунок 1.12 – Схема магнитной ловушки

Движение частицы в магнитном поле не изменяет ее кинетическую энергию, следовательно движение частицы вдоль поля В в сторону его нарастания сопровождается ростом нормальной составляющей скорости  и убыванием параллельной. В крайних точках ловушки частица зеркально отражается и процесс снова повторяется.

 

(1.30)

 

где  – Адиабатический инвариант – величина, которая не меняется при адиабатическом изменении параметров системы, то есть характерное время изменения намного больше характерного времени протекания процесса в системе.

Скорость скрутки плазменного жгута с ростом В:

 

(1.31)