Лекция 3. ДРЕЙФОВОЕ ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Движение в неоднородном магнитном поле. Дрейфовое приближение - условия применимости, дрейфовая скорость.

Презентация:



Advertisements
Похожие презентации
Лекция 4. ТИПЫ ДРЕЙФОВЫХ ДВИЖЕНИЙ ЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕ ТЕРМОЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК ТИПА ТОКАМАК Дрейф в неоднородном поле (центробежный и градиентный), поляризационный.
Advertisements

Элементарный вибратор Лекция 13. Элементарный вибратор Прямолинейный провод длиной l, по которому протекает переменный ток, может излучать электромагнитные.
Ранее отмечалось, что величина вектора напряженности электрического поля равна количеству силовых линий, пронизывающих перпендикулярную к ним единичную.
Механика вращательного движения Пусть - проведенный из неподвижной в некоторой инерциальной системе отсчета точки О радиус-вектор материальной точки, к.
Тема 5 Поток вектора магнитной индукции. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля. Сила, действующая на частицу в электромагнитном поле (сила Лоренца).
Лекция 7 НЕОКЛАССИЧЕСКАЯ ДИФФУЗИЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ТОКАМАКА. ПРОВОДИМОСТЬ ПЛАЗМЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. Пролетные и запертые частицы. Три режима потерь - банановый,
Магнитное поле. Взаимодействия между проводниками с током, то есть взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.
Величина и направление На заряженную частицу, находящуюся в магнитном поле, со стороны поля действует сила Лоренца: F л = B q v sinα Эта сила, не изменяя.
Теорема Остроградского- Гаусса Силовые линии. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса.
Выполнила: Гриненко Мария. 1. Магнитное поле и его графическое изображение 2. Неоднородное и однородное магнитное поле 3. Правило буравчика 4. Правило.
Отклонение магнитной стрелки при замыкании электрической цепи говорит о том, что Вокруг проводника с током существует магнитное поле. На него – то и реагирует.
Магнитный поток Графическое изображение: силовые линии Касательная к силовым линиям – вектор магнитной индукции Величина магнитного поля – количество силовых.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Лекция 9 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ План лекции 1. Закон Кулона. 2. Электрический заряд. Носитель заряда. Элементарный электрический.
Задача. В модели атома Томсона предполагалось, что положительный заряд q, равный по модулю заряду электрона, равномерно распределён внутри шара радиуса.
Магнетизм Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки Магнитное взаимодействие токов.
Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы.
ТЕОРЕМА О ЦИРКУЛЯЦИИ ВЕКТОРА ТЕОРЕМА ОСТРОГРАДСКОГО - ГАУССА Магнитное поле проводников с токами.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Лекция 9 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ План лекции 1. Закон Кулона. 2. Электрический заряд. Носитель заряда. Элементарный электрический.
Магнитное поле постоянного тока Лекция 3. Основные величины Основное свойство неизменного во времени магнитного поля – силовое воздействие на движущиеся.
Плоские электромагнитные волны (часть 2) Лекция 9.
Транксрипт:

Лекция 3. ДРЕЙФОВОЕ ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Движение в неоднородном магнитном поле. Дрейфовое приближение - условия применимости, дрейфовая скорость. Дрейфы в неоднородном магнитном поле. Адиабатический инвариант. Движение в скрещенных электрическом и магнитном полях. Движение в скрещенных однородных полях. Дрейфовое приближение применимо в случае, если можно выделить некоторую одинаковую для всех частиц одного сорта постоянную скорость дрейфа, не зависящую от направления скоростей частиц. Магнитное поле не влияет на движение частиц в направлении магнитного поля. Поэтому скорость дрейфа может быть направлена только перпендикулярно магнитному полю. - скорость дрейфа. Условие применимости дрейфового движения в полях: Для определения возможных траекторий заряженных частиц в полях рассмотрим уравнение движения для вращающейся компоненты скорости :

0 1 2 Области характерных траекторий в плоскости скоростей. 3 В плоскости скоростей (Vx, Vy) можно выделить четыре области характерных траекторий. Область 1. Круг, описываемый неравенством в координатах (x,y) соответствует трохоиде без петель (эпициклоида) с «высотой», равной, где Область 2. Окружность, задаваемая уравнением, соответствует циклоиде. При вращении вектора вектор скорости на каждом периоде будет проходит через начало координат, то есть, скорость будет равна нулю. Область 3. Область вне круга, соответсвует трохоиде с петлями (гипоциклоида). Область 4: Точка - прямой e e i i i e

В случае невыполнения условия дрейфового приближения, то есть при или при действие электрического поля не компенсируется действием магнитного, поэтому частица переходит в режим непрерывного ускорения Ускорение электрона в полях при. Ускорение электрона в полях Все выводы, сделанные выше, верны, если вместо электрической силы использовать произвольную силу, действующую на частицу, причем Скорость дрейфа в поле произвольной силы:

Дрейфовое движение заряженных частиц в неоднородном магнитном поле. Если магнитное поле медленно меняется в пространстве, то движущаяся в нем частица совершит множество ларморовских оборотов, навиваясь на силовую линию магнитного поля с медленно меняющимся ларморовским радиусом. Можно рассматривать движение не собственно частицы, а её мгновенного центра вращения, так называемого ведущего центра. Описание движения частицы как движение ведущего центра, т.е. дрейфовое приближение, применимо, если изменение ларморовского радиуса на одном обороте будет существенно меньше самого ларморовского радиуса. Это условие, очевидно, будет выполнено, если характерный пространственный масштаб изменения полей будет значительно превышать ларморовский радиус: что равносильно условию:. Очевидно, это условие выполняется тем лучше, чем больше величина напряженности магнитного поля, так как ларморовский радиус убывает обратно пропорционально величине магнитного поля.

Дрейф заряженных частиц вдоль плоскости скачка магнитного поля. Градиентный дрейф. Рассмотрим задачу о движении заряженной частицы в магнитном поле со скачком, слева и справа от плоскости которого магнитное поле однородно и одинаково направлено При движении частицы её ларморовская окружность пересекает плоскость скачка. Траектория состоит из ларморовских окружностей с переменным ларморовским радиусом, в результате чего происходит «снос» частицы вдоль плоскости скачка. Скорость дрейфа можно определить как

Дрейф заряженных частиц вдоль плоскости скачка магнитного поля. Градиентный дрейф. Дрейф возникает и том случае, когда слева и справа от некоторой плоскости магнитное поле по величине не меняется, но изменяет направление Слева и справа от границы частицы вращаются по ларморовским окружностям одинакового радиуса, но с противоположным направлением вращения. Дрейф возникает, когда ларморовская окружность пересекает плоскость раздела. Пусть пересечение плоскости слоя частицей происходит по нормали, тогда ларморовскую окружность следует «разрезать» вдоль вертикального диаметра и затем, правую половину следует отразить зеркально вверх для электрона, и вниз для иона, как это изображено на рисунке. При этом за ларморовский период смещение вдоль слоя, очевидно, составляет два ларморовских диаметра, так что скорость дрейфа для этого случая: Градиентный дрейф при смене направления магнитного поля

Дрейф в магнитном поле прямого тока. Дрейф заряженных частиц в неоднородном магнитном поле прямого проводника тока связан, прежде всего с тем, что магнитное поле обратно пропорционально расстоянию от тока, поэтому будет существовать градиентный дрейф движущейся в нем заряженной частицы. Кроме этого дрейф связан с кривизной магнитных силовых линий. Рассмотрим две составляющие этой силы, вызывающей дрейф, и соответственно получим две составляющие дрейфа. Вращающуюся вокруг силовой линии заряженную частицу можно рассматривать как магнитный диполь эквивалентного кругового тока. Выражение для скорости градиентного дрейфа можно получить из известного выражения для силы, действующей на магнитный диполь в неоднородном поле: Для магнитного поля, как можно показать, справедливо соотношение: Диамагнитный дрейф в магнитном поле прямого тока.

Центробежный (инерционный) дрейф. При движении частицы, навивающейся на силовую линию с радиусом кривизны R, на нее действует центробежная сила инерциии возникает дрейфовая скорость, равная по величине и направленная по бинормали

Поляризационный дрейф. Так как ларморовская частота содержит заряд, то электроны и ионы в неоднородном магнитном поле дрейфуют в противоположных направлениях, ионы в направлении протекания тока электроны – против тока, создавая диамагнитный ток. Кроме того, при разделении зарядов в плазме возникает электрическое поле, которое перпендикулярно магнитному полю. В скрещенных полях электроны и ионы дрейфуют уже в одном направлении то есть происходит вынос плазмы на стенки как целого. Дрейф в неоднородном магнитном поле прямого проводника тока представляет собой сумму скоростей градиентного и центробежного дрейфов (тороидальный дрейф):

Тороидальный дрейф и вращательное преобразование Картина принципиально изменится, если внутри, в центре сечения соленоида, поместить проводник с током, или пропустить ток непосредственно по плазме. Этот ток создаст собственное магнитное поле В, перпендикулярное к полю соленоида Вz, так что суммарная силовая линия магнитного поля пойдет по винтовой траектории, охватывающей ось соленоида. Образование винтовых линий магнитного поля получило название вращательного (или ротационного) преобразования. Эти линии будут замыкаться сами на себя, если коэффициент запаса устойчивости, представляющий собой отношение шага винтовой силовой линии к длине оси тора: