Astrofizinėse ir termobranduolinėse problemose reikšmingas susidomėjimas parodo dalelių elgesį magnetiniame lauke, kintančiame erdvėje. Dažnai šis pokytis yra gana silpnas, o geras aproksimacija yra judėjimo lygčių sprendimas perturbacijos metodu, kurį pirmą kartą gavo Alfvén. Sąvoka „pakankamai silpna“ reiškia, kad atstumas, per kurį B žymiai keičia dydį arba kryptį, yra didelis, palyginti su dalelės sukimosi spinduliu a. Šiuo atveju, apytiksliai nuliui, galime daryti prielaidą, kad dalelės juda spirale aplink magnetinio lauko linijas, kurių sukimosi dažnis nustatomas

vietinis magnetinio lauko dydis. Kitame aproksime pasirodo lėti orbitos pokyčiai, kuriuos galima pavaizduoti kaip jų pirmaujančio centro (sukimosi centro) dreifą.

Pirmasis erdvinio lauko pokyčio tipas, kurį svarstysime, yra statmenos B krypties pokytis. Tegul yra lauko dydžio gradientas vieneto vektoriaus, statmeno B, kryptimi, kad . Tada, pirmuoju aproksimavimu, sukimosi dažnis gali būti parašytas formoje

čia yra koordinatė kryptimi, o plėtimas atliekamas šalia koordinačių pradžios, kurioms Kadangi B kryptis nesikeičia, judėjimas išilgai B išlieka vienodas. Todėl svarstysime tik pakeitimą šoninis judėjimas. Užrašę jį forma , kur yra skersinis greitis vienodame lauke, a yra maža pataisa, judesio lygtyje pakeičiame (12.102)

(12.103)

Tada, laikant tik pirmos eilės terminus, gauname apytikslę lygtį

Iš (12.95) ir (12.96) santykių matyti, kad tolygiame lauke skersinis greitis ir koordinatė yra susieti ryšiais

(12.105)

kur X yra sukimosi centro koordinatė esant netrikdomam apskritam judėjimui (čia Jei (12.104) išreiškiame per tada gauname

Ši išraiška rodo, kad, be svyruojančio termino, ji turi ne nulinę vidutinę vertę, lygią

Norint nustatyti vidutinis dydis pakanka atsižvelgti į tai, kad Dekarto komponentai sinusiškai kinta su amplitudės a ir fazės poslinkiu 90°. Todėl vidutinei vertei įtakos turi tik lygiagretusis komponentas, taigi

(12.108)

Taigi „gradientas“ dreifo greitis pateikiama išraiška

(12.109)

arba vektorine forma

Išraiška (12.110) rodo, kad esant pakankamai mažiems lauko gradientams, kai dreifo greitis yra mažas, palyginti su orbitos greitis.

Fig. 12.6. Įkrautų dalelių dreifas dėl skersinio magnetinio lauko gradiento.

Šiuo atveju dalelė greitai sukasi aplink pirminį centrą, kuris lėtai juda statmena B ir grad B kryptimi. Dreifo kryptis teigiama dalelė nustatomas pagal išraišką (12.110). Neigiamai įkrautos dalelės dreifo greitis turi priešingas ženklas; šis ženklo pokytis yra susijęs su gradiento dreifo apibrėžimu, gali būti kokybiškai paaiškintas atsižvelgiant į trajektorijos kreivumo spindulio pasikeitimą dalelei judant srityse, kuriose lauko stiprumas yra didesnis ir mažesnis už vidutinį. Fig. 12.6 paveiksle kokybiškai parodyta skirtingų krūvio ženklų dalelių elgsena.

Kitas lauko pokyčio tipas, dėl kurio dalelės pirmaujantis centras pasislenka, yra lauko linijų kreivumas. Apsvarstykite, kas parodyta Fig. 12.7 dvimatis laukas, nepriklausomas nuo . Fig. 12.7, ir rodo vienodą magnetinį lauką lygiagrečiai ašiai Dalelė sukasi aplink elektros linija išilgai a spindulio apskritimo su greičiu ir kartu juda su pastovus greitis palei elektros liniją. Šį judesį laikysime nuliniu apytiksliu dalelės judėjimo lauke su išlenktomis lauko linijomis, parodytomis Fig. 12.7b, kur lauko linijų R vietinis kreivio spindulys yra didelis, palyginti su a.

Fig. 12.7. Įkrautų dalelių dreifas dėl lauko linijų kreivumo. a - pastoviame vienodame magnetiniame lauke dalelė juda spirale išilgai jėgos linijų; b - magnetinio lauko linijų kreivumas sukelia dreifą, statmenai plokštumai

Pirmąją apytikslę pataisą galima rasti taip. Kadangi dalelė linkusi judėti spirale aplink lauko liniją, o lauko linija yra išlenkta, tada pirmaujančio centro judėjimui tai prilygsta išvaizdai išcentrinis pagreitis Galime manyti, kad šis pagreitis atsiranda veikiant efektyviam elektriniam laukui

(12.111)

tarsi pridėtas prie magnetinio lauko. Tačiau, remiantis (12.98), tokio efektyvaus elektrinio lauko ir magnetinio lauko derinys sukelia išcentrinį dreifo greitį

(121,2)

Naudodamiesi žymėjimu, formoje įrašome išcentrinio dreifo greičio išraišką

Nustatyta dreifo kryptis vektorinis produktas, kuriame R yra spindulio vektorius, nukreiptas iš kreivio centro į dalelės vietą. Prisijungimas (12.113) atitinka teigiamas krūvis dalelių ir nepriklauso nuo Už ženklo neigiama dalelė reikšmė tampa neigiama ir dreifo kryptis pasikeičia.

Tikslesnį, bet ne tokį elegantišką ryšio (12.113) išvedimą galima gauti tiesiogiai sprendžiant judėjimo lygtis. Jei įeisite cilindrines koordinates su koordinačių pradžia kreivio centre (žr. 12.7 pav., b), tada magnetinis laukas turės tik -dedamąją Tai lengva parodyti vektoriaus lygtis judėjimas sumažinamas iki šių trijų skaliarinių lygčių:

(12-114)

Jei nulinėje aproksimacijoje trajektorija yra spiralė, kurios spindulys yra mažas, palyginti su kreivio spinduliu, tai žemiausia tvarka iš pirmos lygties (12.114) gauname tokią apytikslę išraišką: Gauso plazmos dalelės su temperatūra. dreifo greitis cm/sek. Tai reiškia, kad per nedidelę sekundės dalį dėl dreifo jie pasieks kameros sienas. Karštesnės plazmos dreifo greitis yra atitinkamai dar didesnis. Vienas iš būdų kompensuoti toroidinės geometrijos poslinkį yra sulenkti torą į aštuonių figūrų formą. Kadangi dalelė paprastai daro daug apsisukimų tokio viduje uždara sistema, tada jis eina per sritis, kuriose yra ir kreivumas, ir gradientas įvairių ženklų, ir pakaitomis dreifuoja įvairiomis kryptimis. Todėl, bent jau iš pradžių, gaunamas vidutinis dreifas lygus nuliui. Šis metodas pašalina dreifą, kurį sukelia erdviniai magnetinio lauko pokyčiai termobranduoliniai įrenginiai stelaratoriaus tipas. Plazmos izoliavimas tokiuose įrenginiuose, priešingai nei įrenginiuose, kuriuose naudojamas suspaudimo efektas (žr. 10 skyrių, § 5-7), atliekamas naudojant stiprų išorinį išilginį magnetinį lauką.

ĮKREUTŲJŲ DALELŲ DREIFAS plazmoje, santykinai lėtas kryptingas įkrautų dalelių judėjimas veikiant įvairių priežasčių, uždėtas ant jų pagrindinio judesio (reguliarus arba nepastovus). Įkrautų dalelių dreifas vyksta veikiant elektrinio lauko jėgoms ir paprastai yra uždėtas šiluminiam (atsitiktiniam) dalelių judėjimui. Vidutinis greitisŠiluminio judėjimo υ sr yra daug didesnis už dreifo greitį υ d Santykis υ d / υ sr apibūdina kryptingumo laipsnį judėjimo krūvisįkrautų dalelių ir priklauso nuo įkrautų dalelių tipo ir dreifą sukeliančių jėgų dydžio.

Plazmai magnetiniame lauke būdingas įkrautų dalelių dreifas kryžmuose magnetiniuose ir kai kuriuose kituose (elektriniuose, gravitaciniuose) laukuose. Įkrauta dalelė, esanti vienodame magnetiniame lauke, nesant kitų jėgų, apibūdina vadinamąjį Larmoro apskritimą, kurio spindulys r H = υ/ω Н = cm υ/qH, čia Н yra magnetinio lauko stiprumas, q yra krūvis dalelė, m ir υ yra masė ir dalelių greitis, ω H – Larmoro (ciklotrono) dažnis, c – šviesos greitis. Jei tokių yra išorinės jėgos F (elektrinis, gravitacinis, gradientas), esantis ant greito Larmor sukimosi, yra sklandus orbitos poslinkis statmena magnetiniam laukui ir veikianti jėga. Dreifo greitis υ d = c/qH 2.

Nes išraiškos vardiklyje yra dalelės krūvis q, tai jei jėga F vienodai veikia jonus ir elektronus, jie šios jėgos veikiami dreifuoja priešingomis kryptimis - dreifo srovė, kurios tankis j d = nqυ d = nc/ Atsiranda H 2, kur n yra dalelių koncentracija.

Priklausomai nuo jėgų tipo, išskiriami keli įkrautų dalelių dreifo tipai: elektrinis, gravitacinis, gradientinis. Elektrinis dreifas – tai įkrautų dalelių dreifas vienodame pastoviame elektriniame lauke E, statmenai magnetiniam laukui (skersiniai elektriniai ir magnetiniai laukai). Elektrinio dreifo atveju F = qE, taigi υ d E = c/H 2 t.y. elektros dreifo greitis nepriklauso nuo krūvio ženklo ir dydžio, nei nuo dalelės masės ir yra vienodas jonams ir elektronams. Taigi įkrautų dalelių elektrinis dreifas magnetiniame lauke sukelia visos plazmos judėjimą ir nežadina dreifo srovių. Tačiau gravitacija ir išcentrinė jėga, kurios nesant magnetinio lauko vienodai veikia visas daleles, nepaisant jų krūvio, magnetiniame lauke sukelia elektronų ir jonų dreifavimą. skirtingos pusės, todėl atsiranda dreifo srovių.

Kryžminėje gravitacinėje ir magnetiniai laukai kyla gravitacinis dreifas greičiu υ d g = /gH 2 čia g yra sunkio pagreitis. Kadangi υ dg priklauso nuo krūvio masės ir ženklo, atsiranda dreifo srovės ir nestabilumas.

Netolygiame magnetiniame lauke gali atsirasti dviejų tipų įkrautų dalelių dreifas. Skersinis magnetinio lauko nehomogeniškumas veda prie vadinamojo gradiento dreifo, kurio greitis υ dgr = r H υ ⊥ ∇ H/2H, kur υ ⊥ yra dalelių greitis per magnetinį lauką. Kai dalelė juda greičiu υ | išilgai lenktos magnetinio lauko linijos, kurios kreivio spindulys R, veikiant išcentrinei inercijos jėgai mυ atsiranda dreifas | 2 /R (vadinamasis išcentrinis poslinkis), kurio greitis υ dc = υ | 2 /Rω N.

Įkrautų dalelių gradiento ir išcentrinio dreifo greičiai jonams ir elektronams turi priešingas kryptis, ty atsiranda dreifo srovės.

Dėl dreifo netolygiame magnetiniame lauke sunku laikyti plazmą toroidinėje magnetinėje gaudyklėje, nes tai sukelia krūvio atsiskyrimą, o susidaręs elektrinis laukas verčia visą plazmą judėti link išorinės toro sienelės (taigi. vadinamas toroidiniu dreifu).

Lit.: Braginsky S.I. Pernešimo reiškiniai plazmoje // Plazmos teorijos klausimai. M., 1963. Laida. 1; Frank-Kamenetsky D. A. Plazma yra ketvirtoji materijos būsena. 4-asis leidimas M., 1975; Pavlovas G. A. Perkėlimo procesai plazmoje su stipriu Kulono sąveika. M., 1995 m.

ĮKREUTŲJŲ DALELŲ DREIFE

ĮKREUTŲJŲ DALELŲ DREIFE

Plazmoje santykinai lėtas kryptinis krūvis. ch-ts (el-nov ir jonai), veikiami skilimo. priežastimis yra pagrindinės (reguliariai arba netvarkingai). Pavyzdžiui, pagrindinis įkrovimo judesys h-tsy vienalyčiame magnete. nesant susidūrimų - sukimasis ciklotrono dažniu. Kitų laukų buvimas iškreipia šį judėjimą; taigi, bendras elektrinis ir mag. laukai veda į vadinamuosius. elektrinis D. z. valandų E ir H statmena kryptimi, greičiu, nepriklausančiu nuo dalelės masės ir krūvio.

Taip pat ant jo gali būti uždėtas vadinamasis ciklotrono sukimasis. gradiento dreifas, atsirandantis dėl magnetinio nehomogeniškumo. laukas ir nukreiptas statmenai H ir DH (DH yra lauko gradientas).

D. z. h., pasiskirstę aplinkoje netolygiai, gali atsirasti dėl jų šiluminio judėjimo didžiausio koncentracijos mažėjimo kryptimi (žr. DIFUZIJA) greičiu vD = -Dgradn/n, kur gradn – n krūvio koncentracijos gradientas. h-ts; D – koeficientas difuzija.

Tuo atveju, kai keli veiksnių, sukeliančių D. z. h., pavyzdžiui, elektrinis. lauko ir koncentracijos gradientas, dreifo greičiai, kuriuos sukelia atskirai laukas, vE ir vD sumuojasi.

Fizinis enciklopedinis žodynas. - M.: Tarybinė enciklopedija. Vyriausiasis redaktorius A. M. Prokhorovas. 1983 .

ĮKREUTŲJŲ DALELŲ DREIFE

- santykinai lėtas kryptingas įkroviklio judėjimas. skilimo įtakoje esančios dalelės. jų pagrindu sutampančias priežastis. judėjimas (reguliarus ar netvarkingas). Pvz elektrinis į k.-l. aplinka (metalai, dujos, puslaidininkiai, elektrolitai) atsiranda veikiant elektros jėgoms. laukuose ir paprastai yra uždėtas šiluminiam (atsitiktiniam) dalelių judėjimui. Šiluminis judėjimas nesudaro makroskopinio. srautas, net jei vidutinis všis judėjimas yra daug didesnis nei dreifo greitis v d v d /v apibūdina krūvio judėjimo kryptingumo laipsnį. dalelių ir priklauso nuo terpės tipo, įkrautų dalelių tipo ir veiksnių, sukeliančių dreifą, intensyvumo. D. z. valandos taip pat gali atsirasti, kai netolygus pasiskirstymasįkrautų dalelių koncentracija ( difuzija), su netolygiu įkrautų dalelių greičių pasiskirstymu ( šiluminė difuzija).
Įkrautų dalelių dreifas plazmoje. Plazmoms, paprastai randamoms magnetiniame lauke. laukas, charakteristika D. z. h kryžminėje magnetinėje ir k.-l. kiti (elektriniai, gravitaciniai) laukai. Įkrauti dalelė, esanti vienalyčiame magnetiniame lauke. laukas nesant kitų jėgų, apibūdina vadinamąjį. Larmoro ratas su spinduliu r N=v/ w H=cmv/ZeH.Čia N - magnetinė įtampa laukai, e, t Ir v- krūvis ir dalelių greitis, w H =ZeH/mc – Larmoro (ciklotrono) dažnis. Magn. laukas laikomas praktiškai vienodu, jei jis mažai kinta eilės eilės atstumu r H . Jeigu yra ext. stiprumo F(elektrinė gravitacinė, gradientas) sklandus orbitos poslinkis iš stacionarios būsenos yra ant greito Larmoro sukimosi. greitį statmena magnetui kryptimi. laukas ir veikianti jėga. Dreifo greitis

Kadangi išraiškos vardiklyje yra dalelės krūvis, tai jei F vienodai veikia jonus ir elektronus, šios jėgos veikiami jie dreifuoja priešingomis kryptimis (dreifinė srovė). Dreifo srovė, kurią neša tam tikro tipo dalelės: Priklausomai nuo jėgų tipo, išskiriamos kelios. rūšių D. z. įskaitant: elektrinį, poliarizuotą, gravitacinį, gradientinį. Elektrinis dreifas vadinamas. D. z. valandas vienalytėje pastovioje elektroje. laukas E , statmenai magnetinei laukas (skersinis elektrinis ir magnetinis laukai). Elektrinis Larmoro apskritimo plokštumoje veikiantis laukas pagreitina dalelės judėjimą per tą Larmoro sukimosi pusę, kai

Ryžiai. 1. Įkrautos dalelės dreifas kryžminiuose elektriniuose ir magnetiniuose laukuose. Magnetinis laukas nukreiptas į stebėtoją. v dE, nes greičio dedamoji viena kryptimi (1 pav. judėjimas žemyn) yra didesnė už greičio dedamąją judant priešinga kryptimi (judėjimas aukštyn). Dėl skirtingų spindulių r H ant skirtingų dalelės orbitos sritys nėra uždarytos E ir H statmena kryptimi, t.y., šia kryptimi vyksta dreifas. Elektrinio atveju dreifą F = ZeE, iš čia v dE =c/H2, y., elektros greitis dreifas nepriklauso nuo krūvio ženklo ir dydžio, taip pat nuo dalelės masės ir yra vienodas jonams ir elektronams pagal dydį ir kryptį. Taigi, elektrinis. D. z. h mag. laukas veda į visos plazmos judėjimą ir nežadina dreifo srovių. Tačiau tokios jėgos kaip išcentrinė jėga, kuri nesant magneto. laukai vienodai veikia visas daleles, nepriklausomai nuo jų krūvio, magnetinėje. Lauką sukelia ne visos plazmos dreifuojantis judėjimas, bet verčiant elektronus ir jonus dreifuoti skirtingomis kryptimis, jie sukelia dreifo srovių atsiradimą. pagreitis, tada jų judėjimas vyksta taip, tarsi jie būtų veikiami. Keičiant elektros lauką laike, daleles veikia inercinė jėga, susijusi su elektros energijos pasikeitimu (pagreičiu). dreifą F E =tv dE = ts [N]/N 2 . Naudojant (1), gauname šio dreifo greičio išraišką, vadinamą poliarizacija, v dr = mc 2 E/ZeH 2 . Poliarizacijos kryptis D. z. valandos sutampa su elektros srovės kryptimi. laukus. Poliarizacijos greitis dreifas priklauso nuo krūvio ženklo, o tai lemia dreifo poliarizaciją. srovė Kryžminėje gravitacijoje ir mag. laukuose gravitacinis dreifas vyksta greičiu v dG = ts/ZeH 2, Kur g- gravitacijos pagreitis. Nes v dG priklauso nuo krūvio masės ir ženklo, tada atsiranda dreifo srovės, dėl kurių plazmoje atsiskiria krūviai. Dėl to gravitacinis dreifuojantis judėjimas, atsiranda nestabilumas. F rр, proporcingas magnetiniam gradientui. laukai (vadinamasis gradientas D. z. h.). Jei Larmoro apskritime besisukanti dalelė laikoma „magnetu“ su magnetinis momentas

Ryžiai. 2. Gradiento dreifas. Magnetinis laukas didėja aukštyn. Dreifo srovė nukreipta į kairę.

Gradiento dreifo greitis

Kai dalelė juda greičiu v || išilgai lenktos jėgos linijos (3 pav.), kurios kreivio spindulys R

atsiranda dreifas dėl jo kilmės išcentrinė jėga inercija mv 2 || /R(vadinamasis išcentrinis dreifas). Greitis

Gradiento ir išcentrinio DZ greičiai. h turi priešingas jonų ir elektronų kryptis, ty atsiranda dreifo srovės. Čia būtina pabrėžti, kad nagrinėjami dreifai yra būtent Larmoro apskritimų centrų poslinkiai (nedaug skiriasi nuo pačių dalelių poslinkių) dėl jėgų, statmenų magnetiniam laukui. lauke. Dalelių sistemai (plazmai) toks skirtumas yra reikšmingas. Pavyzdžiui, jei dalelių tempo-pa nepriklauso nuo koordinačių, tada plazmos viduje nėra dalelių srauto (visiškai atsižvelgiant į tai, kad magnetinis laukas neturi įtakos Maksvelo laukui), bet yra srautas. centrų, jei magnetinis laukas. laukas nehomogeniškas (gradientinės ir išcentrinės dreifo srovės).

Ryžiai. 4. Plazmos dreifas toroidinėje gaudyklėje. Plazmos uždarymas toroidinėje magnetinėje gaudyklėje. Gradientai ir išcentriniai dreifai tore, esančiame horizontaliai, sukelia vertikalias dreifo sroves, krūvių atsiskyrimą ir plazmos poliarizaciją (4 pav.). Atsirandanti elektrinė laukas priverčia visą plazmą judėti link išorinės toro sienelės (vadinamasis toroidinis dreifas). Lit.: Frank-Kamenetsky D.A., Plazma – ketvirtoji materijos būsena, 2 leidimas, M., 1963: Braginsky S.I., Fenomenai in plasma, in: Plazmos teorijos klausimai, v. 1, M., 1063: O Raevsky V.N., Plazma žemėje ir erdvėje, K., 1980 m. S. S. Moisejevas.

Fizinė enciklopedija. 5 tomuose. - M.: Tarybinė enciklopedija. Vyriausiasis redaktorius A. M. Prokhorovas. 1988 .

Pažiūrėkite, kas yra „įkrautų dalelių dreifas“ kituose žodynuose:

Lėtas (palyginti su šiluminiu judėjimu) nukreiptas įkrautų dalelių (elektronų, jonų ir kt.) judėjimas terpėje išorinis poveikis, pavyzdžiui, elektriniai laukai. * * * ĮKRAUTOJŲ DALELŲ DREIŠAS ĮKRAUTOJŲ DALELĖS DREIFAS, lėtas (pagal ... Enciklopedinis žodynas

Lėtas (lyginant su šiluminiu judėjimu) nukreiptas įkrautų dalelių (elektronų, jonų ir kt.) judėjimas terpėje, veikiant išoriniam poveikiui, pvz. elektriniai laukai... Didysis enciklopedinis žodynas

įkrautų dalelių dreifas- [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Temos: energija apskritai EN įkrautų dalelių dreifas ... Techninis vertėjo vadovas

Palyginti lėtas kryptingas įkrautų dalelių judėjimas, veikiamas įvairių priežasčių, uždedamas pagrindiniam judėjimui. Taigi, pavyzdžiui, pravažiuojant elektros srovė elektronai per jonizuotas dujas, be jų greičio... ... Didžioji sovietinė enciklopedija

Lėtas (palyginti su terminiu judėjimu) nukreiptas įkrautų dalelių (elektronų, jonų ir kt.) judėjimas terpėje išorinėmis sąlygomis. įtaka, pavyzdžiui elektrinis laukai... Gamtos mokslas. Enciklopedinis žodynas

Elektriniuose ir magnetiniuose laukuose dalelių judėjimas erdvėje, veikiant šių laukų jėgoms. Toliau aptariami plazmos dalelių judėjimai, nors tam tikros nuostatos taip pat yra bendros plazmai kietosios medžiagos(metalai, puslaidininkiai). Išskirti...... Fizinė enciklopedija

- (olandų dreifas). 1) laivo nukrypimas nuo tiesios kelio. 2) kampas tarp judėjimo krypties ir laivo vidurio; tai priklauso nuo laivo konstrukcijos. 3) laivo padėtis po burėmis, išdėstyta taip, kad laivas liktų savo vietoje šiek tiek pasviręs... ... Žodynas svetimžodžiai rusų kalba

Iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos, kurių tankis bus įdėtas. ir paneigti. kaltinimai beveik identiški. Stipriai kaitinant bet koks vanduo išgaruoja ir virsta dujomis. Jei dar padidinsite temperatūrą, šiluminis procesas smarkiai sustiprės... ... Fizinė enciklopedija

Magnetų konfigūracijos galintys laukai ilgą laiką laikyti užtaisą dalelių ar plazmos riboto tūrio. Natūralus M. l. yra, pavyzdžiui, magnetinis. Žemės laukas fiksuoja plazmą saulės vėjas ir laikant jį spinduliuotės pavidalu. Žemės sluoksniai.... Fizinė enciklopedija

PROCESAI plazmoje yra nepusiausvyriniai procesai, dėl kurių išlyginamas erdvinis plazmos parametrų pasiskirstymas: koncentracijos, vidutinis masės greitis ir elektronų bei sunkiųjų dalelių dalinės temperatūros. Skirtingai nei neutralių dalelių P. p. Fizinė enciklopedija

Paskaita Nr.3.
Judėjimas netolygiame magnetiniame lauke. Dreifo aproksimacija – taikymo sąlygos, dreifo greitis. Dreifo netolygiame magnetiniame lauke. Adiabatinis invariantas. Judėjimas kryžminiuose elektriniuose ir magnetiniuose laukuose. Bendras atvejis bet kokio stiprumo ir magnetinio lauko kertami laukai.
III. Dreifo judėjimasįkrautų dalelių
§3.1. Judėjimas kertamais vienarūšiais laukais.
Panagrinėkime įkrautų dalelių judėjimą kryžminiuose laukuose
dreifo aproksimacijoje. Dreifo aproksimacija taikoma, jei galima nustatyti tam tikrą pastovų dreifo greitį, identišką visoms to paties tipo dalelėms, nepriklausomai nuo dalelių greičių krypties:
, Kur
- dreifo greitis. Parodykime, kad tai galima padaryti įkrautų dalelių judėjimui kryžminiu būdu
laukus. Kaip buvo parodyta anksčiau, magnetinis laukas neturi įtakos dalelių judėjimui magnetinio lauko kryptimi. Todėl dreifo greitį galima nukreipti tik statmenai magnetiniam, t.y.:
, ir
, Kur
. Judėjimo lygtis:
(daugiklį vis tiek rašome GHS). Tada skersinei greičio komponentei:
, mes pakeičiame plėtimąsi dreifo greičiu:
, t.y.
. Pakeiskime šią lygtį dviem kiekvienam komponentui ir atsižvelgdami į
t.y.,
, gauname dreifo greičio lygtį:
. Padauginus vektoriškai iš magnetinio lauko, gauname:
. Atsižvelgdami į taisyklę, gauname
, kur:

- dreifo greitis. (3.1)

.
Dreifo greitis nepriklauso nuo krūvio ženklo ir nuo masės, t.y. plazma pasislenka kaip visuma. Iš (3.1) santykio aišku, kad kada
dreifo greitis tampa didesnis už šviesos greitį, todėl praranda prasmę. Ir esmė ne ta, kad būtina atsižvelgti į reliatyvistines korekcijas. At
bus pažeista dreifo aproksimacijos sąlyga. Įkrautų dalelių dreifo magnetiniame lauke dreifo aproksimacijos sąlyga yra ta, kad dreifo įtaka dalelės sukimosi magnetiniame lauke laikotarpiu turi būti nereikšminga, tik tokiu atveju dreifo greitis bus būti pastovus. Ši sąlyga gali būti parašyta taip:
, iš kurio gauname dreifo judesio pritaikymo sąlygą
laukai:
.

Norint nustatyti galimos trajektorijosįkrautų dalelių
laukuose, apsvarstykite sukimosi greičio komponento judėjimo lygtį :
, kur
. Leisk lėktuvui ( x,y) yra statmenas magnetiniam laukui. Vektorius sukasi dažniu
(elektronas ir jonas sukasi skirtingomis kryptimis) plokštumoje ( x,y), išlieka pastovus modulyje.

Jei pradinis dalelės greitis patenka į šį apskritimą, tada dalelė judės išilgai epicikloidų.

2 sritis. Apskritimas, pateiktas pagal lygtį
, atitinka cikloidą. Sukant vektorių greičio vektorius kiekviename periode eis per pradžią, tai yra, greitis bus lygus nuliui. Šie momentai atitinka taškus, esančius cikloido pagrindu. Trajektorija yra panaši į aprašytą tašku, esančiu ant spindulio rato krašto
. Cikloido aukštis yra , tai yra proporcingas dalelės masei, todėl jonai judės išilgai daug aukštesnio cikloido nei elektronai, o tai neatitinka scheminio vaizdavimo 3.2 pav.

3 sritis. Plotas už apskritimo, kuriame
, atitinka trochoidą su kilpomis (hipocikloidą), kurio aukštis
. Kilpos atitinka neigiamos reikšmės greičio komponentai kai dalelės juda priešinga kryptimi.

APIE 4 sritis: taškas
(
) atitinka tiesią liniją. Jei paleidote dalelę su pradinis greitis
, tada elektrinės ir magnetinės jėgos jėga kiekvienu laiko momentu yra subalansuota, todėl dalelė juda tiesia linija. Galima įsivaizduoti, kad visos šios trajektorijos atitinka taškų, esančių spindulio ratu, judėjimą
, todėl visoms trajektorijoms išilginis erdvinis periodas
. Už laikotarpį
Visose trajektorijose vyksta abipusis elektrinio ir magnetinio laukų poveikio kompensavimas. Vidutinė dalelės kinetinė energija išlieka pastovi
. Svarbu dar kartą pažymėti, kad

Visos aukščiau pateiktos išvados yra teisingos elektrinė jėga
naudoti savavališką jėgą , veikianti dalelę ir
. Dreifo greitis savavališkos jėgos lauke:

(3.2)

priklauso nuo mokesčio. Pavyzdžiui, už gravitacinė jėga
:
- gravitacinio dreifo greitis.

§3.2. Įkrautų dalelių dreifo judėjimas netolygiame magnetiniame lauke.

Jei magnetinis laukas erdvėje keičiasi lėtai, tada joje judanti dalelė padarys daug Larmoro apsisukimų, vingiuojančių aplink magnetinio lauko liniją lėtai kintančiu Larmor spinduliu. Galime laikyti ne pačios dalelės, o jos momentinio sukimosi centro, vadinamojo pirmaujančiojo centro, judėjimą. Dalelės judėjimo apibūdinimas kaip pirmaujančio centro judėjimas, t.y. Dreifo aproksimacija taikoma, jei Larmoro spindulio pokytis per vieną apsisukimą yra žymiai mažesnis nei pats Larmor spindulys. Akivaizdu, kad ši sąlyga bus įvykdyta, jei būdingas erdvinis lauko pokyčių skalė gerokai viršys Larmor spindulį:
, kuri yra lygiavertė sąlygai:
. Akivaizdu, kad ši sąlyga yra įvykdyta tuo geriau didesnę vertę magnetinio lauko stiprumas, nes Larmor spindulys mažėja atvirkščiai proporcingai magnetinio lauko stiprumui. Panagrinėkime kai kuriuos bendro intereso atvejus, nes daugelis įkrautų dalelių judėjimo nehomogeniniuose magnetiniuose laukuose gali būti redukuoti į juos.

Panagrinėkime įkrautos dalelės judėjimo magnetiniame lauke problemą su šuoliu, į kairę ir į dešinę nuo plokštumos, kurios magnetinis laukas yra vienodas ir vienodai nukreiptas, bet turi skirtingų dydžių(žr. 3.5 pav.), tegul būna dešinėje H 2 > H 1 . Kai dalelė juda, jos Larmoro apskritimas kerta smūgio plokštumą. Trajektorija susideda iš Larmor apskritimų su kintamu Larmor spinduliu, dėl kurio dalelė yra „dreifuojama“ išilgai smūgio plokštumos. Kaip matyti iš 3.5 paveikslo, dreifas yra statmenas magnetinio lauko ir jo gradiento krypčiai, o priešingai įkrautos dalelės dreifuoja skirtingomis kryptimis. Paprastumo dėlei leiskite dalelei susikerta su smūgio plokštuma išilgai normalios. Tada laiku lygi sumai Larmor pusciklai

3.5 pav. Gradiento dreifas ties riba su magnetinio lauko šuoliu.

sričiai kairėje ir dešinėje: dalelė išilgai šios plokštumos pasislenka per ilgį . Dreifo greitis gali būti apibrėžtas kaip . Kur  H H 2  H 1  magnetinio lauko šuolio dydis, ir  H H 2 + H 1  - jo vidutinė vertė.

Dreifas atsiranda ir tada, kai magnetinis laukas į kairę ir į dešinę nuo tam tikros plokštumos nesikeičia pagal dydį, o keičia kryptį (žr. 3.6 pav.). Į kairę ir į dešinę nuo ribos dalelės sukasi tokio paties spindulio Larmor apskritimais, bet su priešinga kryptimi sukimasis. Dreifas atsiranda, kai Larmoro apskritimas kerta sąsajos plokštumą. Tegul dalelė kerta sluoksnio plokštumą išilgai normalios, tada Larmoro apskritimas turėtų būti „iškirptas“.

3.6 pav. Gradiento dreifas keičiant magnetinio lauko kryptį

vertikalus skersmuo ir tada dešinė pusė turi būti atspindėtas aukštyn elektronui ir žemyn jonui, kaip parodyta 3.6 pav. Šiuo atveju Larmor laikotarpiu poslinkis išilgai sluoksnio akivaizdžiai yra du Larmor skersmenys, todėl dreifo greitis šiuo atveju yra: .

§3.3. Dreifas nuolatinės srovės magnetiniame lauke.
Įkrautų dalelių dreifas netolygiame magnetiniame lauke tiesus laidininkas srovė pirmiausia siejama su tuo, kad magnetinis laukas yra atvirkščiai proporcingas atstumui nuo srovės, todėl joje juda įkrautos dalelės gradientinis dreifas. Be to, dreifas yra susijęs su magnetinio lauko linijų kreivumu. Panagrinėkime du šios jėgos komponentus, sukeliančius dreifą, ir atitinkamai gausime du dreifo komponentus.
3.3.1 punktas. Diamagnetinis (gradiento) dreifas.
Gradiento dreifo mechanizmas yra tas, kad dalelė turi skirtingus sukimosi spindulius skirtingus taškus trajektorijos: dalį laiko ji praleidžia stipresnėje srityje, dalį – daugiau silpnas laukas. Keičiant sukimosi spindulį susidaro dreifas (3.7 pav.). Įkrauta dalelė, besisukanti aplink lauko liniją, gali būti laikoma magnetinis dipolis lygiavertis apskrita srovė. Gradiento dreifo greičio išraišką galima gauti iš garsioji išraiška jėgai, veikiančiai magnetinį dipolį netolygiame lauke:
- diamagnetinė jėga, kuri išstumia magnetinį dipolį stiprus laukas, Kur
,
, Kur komponentas skersinis magnetiniam laukui kinetinė energija dalelės. Magnetiniam laukui, kaip galima parodyti, galioja toks ryšys:
, Kur R kr- jėgos linijos kreivio spindulys, - vieneto vektorius normalūs.

Diamagnetinio (gradiento) dreifo greitis, kur - nenormalus elektros linijai. Elektronų ir jonų dreifo kryptis išilgai binormalumo skiriasi.

>> 6 tomas >> 29 skyrius. Krūvių judėjimas elektriniuose ir magnetiniuose laukuose

Judėjimas kryžminiuose elektriniuose ir magnetiniuose laukuose

Iki šiol kalbėjome apie daleles, kurios yra tik elektriniame arba tik magnetiniame lauke. Bet yra įdomių efektų, atsirandantis dėl vienu metu veikiančių abiejų laukų. Turėkime vienodą magnetinį lauką B ir į jį stačiu kampu nukreiptą elektrinį lauką. 29.18 val. (Šį butas kreivė ir Ne spiralė.) Kokybiškai šį judesį suprasti nesunku. Jei dalelė (kurią laikome teigiama) juda lauko E kryptimi, tada ji įgyja greitį, o magnetinis laukas ją lenkia mažiau. O kai dalelė juda prieš lauką E, ji praranda greitį ir palaipsniui vis labiau lenkiama magnetinio lauko. Rezultatas yra „dreifas“ kryptimi (ExB).

Galime parodyti, kad toks judėjimas iš esmės yra superpozicija vienodas judesys greičiu v d= E/ B ir apskritas, t.y. pav. 29.18 rodo paprastą cikloidą. Įsivaizduokite stebėtoją, judantį į dešinę pastoviu greičiu. Jo atskaitos sistemoje mūsų magnetinis laukas paverčiamas nauju magnetiniu lauku pliusas elektrinis laukas nukreiptas žemyn. Jei jo greitis parinktas taip, kad bendras elektrinis laukas būtų lygus nuliui, tai stebėtojas matys elektroną judantį apskritimu. Taigi judėjimas, kad Mes matome, kad bus sukamaisiais judesiais plius perkėlimas su dreifo greičiu v d= E/ B. Elektronų judėjimas kryžminiuose elektriniuose ir magnetiniuose laukuose yra magnetronų, ty osciliatorių, naudojamų mikrobangų spinduliuotei generuoti, pagrindas.

Yra daug daugiau įdomių pavyzdžių dalelių judėjimas elektriniuose ir magnetiniuose laukuose, pavyzdžiui, elektronų ar protonų, įstrigusių radiacijos diržai V viršutiniai sluoksniai stratosferoje, bet, deja, dabar neturime pakankamai laiko šioms problemoms spręsti.