DÉRIVE DE PARTICULES CHARGÉES dans le plasma, mouvement directionnel relativement lent des particules chargées sous l'influence de diverses raisons, superposé à leur mouvement principal (régulier ou erratique). La dérive des particules chargées se produit sous l'influence de forces champ électrique et est généralement superposé au mouvement thermique (aléatoire) des particules. Vitesse moyenneυ sr du mouvement thermique est bien supérieur à la vitesse de dérive υ d. Le rapport υ d / υ sr caractérise le degré de directionnalité du mouvement des particules chargées et dépend du type de particules chargées et de l'ampleur des forces provoquant la dérive.

Le plasma dans un champ magnétique est caractérisé par la dérive de particules chargées dans des champs magnétiques croisés et dans certains autres champs (électriques, gravitationnels). Une particule chargée située dans un champ magnétique uniforme en l'absence d'autres forces décrit un cercle dit de Larmor de rayon r H = υ/ω Н = cm υ/qH, ici Н est l'intensité du champ magnétique, q est la charge de la particule, m et υ sont la masse et la vitesse des particules, ω H - Fréquence de Larmor (cyclotron), c - vitesse de la lumière. S'il y en a forces extérieures F (électrique, gravitationnel, gradient) superposé à la rotation rapide de Larmor est un déplacement fluide de l'orbite dans la direction perpendiculaire au champ magnétique et force agissante. Vitesse de dérive υ d = c/qH 2.

Parce que le dénominateur de l'expression contient la charge q de la particule, alors si la force F agit également sur les ions et les électrons, ils dériveront sous l'influence de cette force dans des directions opposées - un courant de dérive de densité j d = nqυ d = nc/ H 2 apparaît, où n est la concentration de particules.

Selon le type de forces, on distingue plusieurs types de dérive de particules chargées : électrique, gravitationnelle, gradient. La dérive électrique est la dérive de particules chargées dans un champ électrique constant uniforme E perpendiculaire au champ magnétique (champs électriques et magnétiques croisés). Dans le cas de la dérive électrique, F = qE, donc υ d E = c/H 2 c'est-à-dire que la vitesse de dérive électrique ne dépend pas du signe et de l'ampleur de la charge, ni de la masse de la particule et est la même pour ions et électrons. Ainsi, la dérive électrique des particules chargées dans un champ magnétique entraîne le mouvement de l'ensemble du plasma et n'excite pas de courants de dérive. Cependant, la gravité et la force centrifuge, qui en l'absence de champ magnétique agissent de la même manière sur toutes les particules, quelle que soit leur charge, provoquent dans un champ magnétique la dérive des électrons et des ions. différents côtés, conduisant à l'apparition de courants de dérive.

Dans les champs gravitationnels et magnétiques croisés, la dérive gravitationnelle se produit avec une vitesse υ d g = /gH 2 où g est l'accélération de la gravité. Puisque υ dg dépend de la masse et du signe de la charge, des courants de dérive et des instabilités apparaissent.

Dans un champ magnétique non uniforme, deux types de dérive de particules chargées peuvent se produire. L'inhomogénéité transversale du champ magnétique conduit à ce que l'on appelle la dérive de gradient avec une vitesse υ dgr = r H υ ⊥ ∇ H/2H, où υ ⊥ est la vitesse des particules à travers le champ magnétique. Lorsqu'une particule se déplace avec une vitesse υ | le long d'un champ magnétique courbe ligne électrique avec le rayon de courbure R, la dérive se produit sous l'influence force centrifuge inertie mυ | 2 /R (dite dérive centrifuge) avec une vitesse υ dc = υ | 2 /Rω N.

Les vitesses de gradient et de dérive centrifuge des particules chargées ont directions opposées pour les ions et les électrons, c'est-à-dire que des courants de dérive apparaissent.

La dérive dans un champ magnétique non uniforme rend difficile le confinement du plasma dans un piège magnétique toroïdal, car elle conduit à une séparation des charges, et le champ électrique qui en résulte force tout le plasma à se déplacer vers la paroi externe du tore (la soi- appelée dérive toroïdale).

Lit. : Braginsky S.I. Phénomènes de transfert dans le plasma // Questions de théorie des plasmas. M., 1963. Numéro. 1 ; Frank-Kamenetsky D. A. Le plasma est le quatrième état de la matière. 4e éd. M., 1975 ; Pavlov G. A. Processus de transfert dans le plasma avec une forte Interaction coulombienne. M., 1995.

DÉRIVE DE PARTICULES CHARGÉES

Dans le plasma, mouvement directionnel de charge relativement lent. ch-ts (el-nov et ions) sous l'influence de la décomposition. raisons superposées aux principales mouvement (régulier ou désordonné). Par exemple, de base mouvement de charge h-tsy dans un aimant homogène. champ en l'absence de collisions - rotation avec une fréquence cyclotron. La présence d'autres champs déforme ce mouvement ; Donc, action communeélectrique et mag. les champs mènent à ce qu'on appelle. électrique D. z. heures dans une direction perpendiculaire à E et H, à une vitesse indépendante de la masse et de la charge de la particule.

La rotation dite cyclotronique peut également lui être superposée. dérive de gradient, résultant d'une inhomogénéité magnétique. champ et dirigé perpendiculairement à H et DH (DH est le gradient de champ).

D. z. h., inégalement répartis dans l'environnement, peuvent survenir en raison de leur mouvement thermique dans le sens de la plus grande diminution de concentration (voir DIFFUSION) avec une vitesse vD = -Dgradn/n, où gradn est le gradient de concentration de n charge. h-ts; D - coefficient diffusion.

Dans le cas où plusieurs facteurs causant D. z. h., par exemple, électrique. champ et gradient de concentration, les vitesses de dérive provoquées séparément par le champ, vE et vD s'additionnent.

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Mouvement dans des champs électriques et magnétiques croisés

Jusqu’à présent, nous avons parlé de particules qui se trouvent uniquement dans un champ électrique ou uniquement dans un champ magnétique. Mais il y a effets intéressants, résultant de l’action simultanée des deux champs. Disons un champ magnétique uniforme B et un champ électrique E dirigé vers lui à angle droit. Ensuite, les particules volant perpendiculairement au champ B se déplaceront le long d'une courbe similaire à celle représentée sur la figure. 29.18. (Ce plat courbe, et Pas spirale.) Qualitativement, ce mouvement n’est pas difficile à comprendre. Si une particule (que nous considérons comme positive) se déplace dans la direction du champ E, alors elle gagne en vitesse et le champ magnétique la plie moins. Et lorsqu’une particule se déplace contre le champ E, elle perd de la vitesse et est progressivement courbée de plus en plus par le champ magnétique. Le résultat est une « dérive » dans la direction (ExB).

On peut montrer qu’un tel mouvement est essentiellement une superposition mouvement uniformeà grande vitesse vd= E/ B et circulaire, c'est-à-dire sur la Fig. 29.18 montre une cycloïde simple. Imaginez un observateur se déplaçant vers la droite avec vitesse constante. Dans son référentiel, notre champ magnétique se transforme en un nouveau champ magnétique plus champ électrique dirigé vers le bas. Si sa vitesse est choisie pour que le champ électrique total s'avère être égal à zéro, alors l’observateur verra l’électron se déplacer en cercle. Donc le mouvement qui Nous nous voyons que ce sera le cas dans un mouvement circulaire plus transfert avec vitesse de dérive vd= E/ B. Le mouvement des électrons dans des champs électriques et magnétiques croisés est à la base des magnétrons, c'est-à-dire des oscillateurs utilisés dans la génération de rayonnement micro-ondes.

Il y en a bien d'autres exemples intéressants mouvements des particules dans des champs électriques et magnétiques, tels que les orbites des électrons ou des protons piégés dans ceintures de radiations V couches supérieures stratosphère, mais malheureusement, nous n’avons pas suffisamment de temps pour traiter ces questions à l’heure actuelle.

Conférence n° 3. MOUVEMENT DE DÉRIVE DE PARTICULES CHARGÉES Mouvement dans un champ magnétique non uniforme. Approximation de la dérive - conditions d'applicabilité, cours n°3.
MOUVEMENT DE DÉRIVE DES PARTICULES CHARGÉES
Mouvement dans un champ magnétique non uniforme. Approximation de la dérive - conditions d'applicabilité,
vitesse de dérive. Dérive dans un champ magnétique non uniforme. Invariant adiabatique.
Mouvement dans des champs électriques et magnétiques croisés.
Mouvement dans des champs E H homogènes croisés.
L'approximation de la dérive est applicable s'il est possible de distinguer
une vitesse constante identique pour toutes les particules du même type
dérive, indépendante de la direction des vitesses des particules. Le champ magnétique n'est pas
influence le mouvement des particules dans la direction du champ magnétique. Donc la vitesse
la dérive ne peut être dirigée que perpendiculairement au champ magnétique.
hein
Vdr c
H2
- vitesse de dérive.
Condition d’applicabilité du mouvement de dérive E H
dans les domaines :
E
V
H
c
Pour déterminer trajectoires possibles particules chargées dans les champs, considérez
équation du mouvement pour la composante de vitesse de rotation :
. q
mu
c
euh

Dans le plan vitesse (Vx, Vy) il est possible
identifier quatre domaines caractéristiques
trajectoires.
Zone 1. Cercle décrit
inégalité 0 u Vdr en coordonnées
(x,y) correspond à une trochoïde sans anses
(épicycloïde) de « hauteur » égale à 2 re
où es-tu / l
Région 2. Cercle défini
l'équation u Vdr, correspond à
cycloïde. Lors de la rotation du vecteur
vecteur vitesse à chaque période
passera par l'origine,
c'est-à-dire que la vitesse sera nulle.
Zone 3. Zone en dehors du cercle,
correspond à une trochoïde avec des boucles
(hypocycloïde).
V
Vy
0
Docteur V
toi
Vx
1
2
3
Zones de trajectoires caractéristiques dans
plans de vitesse.
e
E
je
H
1
e
2
je
e
3
je
Zone 4 : Point
V0 Vdr
- droit.
4

Si la condition d'approximation de la dérive n'est pas remplie, c'est-à-dire que l'action du champ électrique n'est pas compensée par l'action du magnésium

Si la condition n'est pas remplie approximation de la dérive, c'est-à-dire quand ou
en E H l'action du champ électrique n'est pas compensée par l'action
magnétique, donc la particule passe en mode continu
hein
accélération
H
oui
e
x
H
e
E
E
x
E
H
Accélération électronique dans
champs à E H
.
Accélération des électrons dans les champs
hein
Toutes les conclusions tirées ci-dessus sont correctes si au lieu de la force électrique
utiliser une force arbitraire agissant sur une particule, et F H
Vitesse de dérive dans un champ de force arbitraire :
cFH
VDR
qH2

Mouvement de dérive de particules chargées dans un champ magnétique non uniforme.

Si le champ magnétique change lentement dans l'espace, alors le mouvement
la particule y fera de nombreuses révolutions de Larmor, s'enroulant autour
ligne de champ magnétique avec un Larmor changeant lentement
rayon.
Vous pouvez considérer le mouvement non pas de la particule elle-même, mais de son
centre de rotation instantané, appelé centre directeur.
Description du mouvement d'une particule comme le mouvement d'un centre directeur, c'est-à-dire
approximation de dérive, applicable si le changement de Larmor
le rayon sur un tour sera nettement inférieur à
Rayon de Larmor.
Cette condition sera évidemment satisfaite si la caractéristique
l'échelle spatiale des changements de champ sera significative
dépasser le rayon de Larmor :
har
les champs
ce qui équivaut à la condition : rл
H
H
rl
1.
Évidemment, cette condition est remplie d’autant mieux que la valeur est grande.
intensité du champ magnétique, puisque le rayon de Larmor diminue
inversement proportionnelle à l’amplitude du champ magnétique.

Considérez le problème du mouvement
particule chargée dans
champ magnétique avec un saut,
à gauche et à droite de l'avion
dont le champ magnétique
homogène et identique
dirigé lors du déplacement
ses particules sont larmoriennes
le cercle se croise
sauter en avion. Trajectoire
se compose de Larmor
cercles avec variable
Rayon de Larmor, en
que se passe-t-il en conséquence
"dérive" d'une particule le long d'un plan
saut. La vitesse de dérive peut être
déterminer comment
l 2V H 2 H1 V H
VDR
t
H 2 H1 H
S1 H2
V Dr e
e
H
Vdr je
je

Dérive de particules chargées le long du plan d’un saut de champ magnétique. Dérive de gradient.

La dérive se produit également à gauche
et à droite d'un plan magnétique
le champ ne change pas en ampleur, mais il change
direction Gauche et droite de la frontière
les particules tournent selon Larmor
cercles de même rayon, mais avec
sens de rotation opposé.
La dérive se produit lorsque le Larmor
le cercle coupe le plan de séparation.
Soit l'intersection du plan du calque
la particule se produit le long de la normale, alors
Le cercle de Larmor suit
"couper" le long du diamètre vertical
et puis, moitié droite devrait être reflété
miroir vers le haut pour l'électron et vers le bas pour
ion, comme le montre la figure. À
ceci pour la période Larmor le déplacement
le long de la couche est évidemment deux
Diamètre de Larmor, donc la vitesse
dérive pour ce cas :
4
VDR
H1
H2
Vdr e
S1 H2
e
Vdr je
je
V
2l
l 2V
T
2
2
je
Dérive du gradient pendant le changement
directions du champ magnétique

Dérive dans un champ magnétique à courant continu.

Dérive de particules chargées dans
champ magnétique direct inhomogène
le conducteur de courant est principalement connecté à
parce que le champ magnétique est inversé
proportionnel à la distance du courant,
il y aura donc un dégradé
dérive d'une charge chargée s'y déplaçant
particules. De plus, la dérive est associée à
courbure des lignes de champ magnétique.
Considérons deux composantes de cette force,
provoquant une dérive, et par conséquent
nous obtenons deux composantes de dérive.
Tourner autour d’une ligne électrique
une particule chargée peut être considérée
Comment dipôle magnétiqueéquivalent
courant circulaire. Expression de la vitesse
la dérive de gradient peut être obtenue à partir de
expression célèbre pour la force,
agissant sur le dipôle magnétique dans
champ inhomogène :
H
F.H.
H
W
H
Pour un champ magnétique, comme on peut le montrer,
le rapport suivant est valable :
H
Hn
Rcr
r
b r n
je
n
Rcr
H
R.
Vdr je
Vdr e
e
Dérive diamagnétique en magnétique
champ de courant continu.
c mV 2 H H
VDR
2
q 2H
H
2
VHH
V2
b
2
2 litres
2 l RCR
H

Dérive centrifuge (inertielle).

Lorsqu'une particule se déplace,
enroulement sur le pouvoir
ligne avec rayon
courbure R, dessus
fonctionnement centrifuge
mv||2
force d'inertie
Ftsb
n
R.
une dérive se produit
vitesse égale à
taille
dans le BST
2
2
2
mv
v
v
c
|| 1
|| | B|
et RB
R.B.
et dirigé vers
binormaux
dans le BST
v||2 [BB]
B2

Dérive de polarisation.

Dérive dans un champ magnétique non uniforme conducteur droit actuel
est la somme du gradient et
V2
dérive centrifuge (dérive toroïdale) :
Depuis la fréquence de Larmor
contient une charge, puis des électrons et
ions dans un champ magnétique inhomogène
le champ dérive
des directions opposées,
ions dans le sens du flux
électrons actuels - à contre-courant,
créant un courant diamagnétique.
De plus, en divisant
des charges dans le plasma apparaissent
champ électrique, qui
perpendiculaire au champ magnétique
champ. Dans les champs croisés
les électrons et les ions dérivent déjà
dans une direction qui est
le plasma est effectué pour
murs dans leur ensemble.
H
V||2
VDR 2
b
l Rcr
VDR
E

10. Dérive toroïdale et transformation rotationnelle

L'image est fondamentale
changera si à l'intérieur, au centre
sections transversales du solénoïde, placer
conducteur porteur de courant, ou
faire passer le courant directement
par plasma. Ce courant va créer
propre champ magnétique B,
perpendiculaire au champ
solénoïde Bz, donc le total
ligne de champ magnétique
suivra une trajectoire hélicoïdale,
couvrant l'axe du solénoïde.
Formation de lignes d'hélice
champ magnétique reçu
nom du personnel permutant (ou
rotationnelle).
Ces lignes fermeront
à eux-mêmes, si le coefficient
marge de stabilité,
représentant
rapport de pas de vis
ligne de force jusqu'à la longueur de l'axe du tore :
Bz un
q