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等离子体的单一粒子运动

等离子体的单一粒子运动主要是研究外加磁场中单一带电粒子的运动。带电粒子在均匀的恒定磁场中运动是非常简单的。平行场的等速度运动,垂直场的等速度运动,是绕磁力线的圆运动(拉莫尔圆),也就是带电粒子的回旋运动。若除了磁场外,还有其它外力F,则粒子除沿磁场的垂直运动外,还作回旋和漂移两种运动。漂移运动是指拉莫尔圆的圆心(导向中心)与磁场垂直移动,可由静电或重力引起。在磁场不均匀的情况下,漂移还可由磁场梯度和磁场的曲率等引起。

 

静电引起的正、负电荷漂移相同,因此不会产生电流。与不产生静电的正、负电荷的漂移相反,会产生电流。由于磁场在时间和空间上的变化很慢,所以可以将粒子运动看作是回旋运动和中心引导运动的叠加。为了简化这个问题,可以只考虑中心的运动,而不考虑快速的回旋运动,这称为漂移近似。对于粒子轨道理论,主要是用漂移近似法研究粒子的运动。

 

缓变场中存在三个绝热不变量,较重要的一点是,粒子的磁矩是垂直于磁场B的速度分量,质量为m。这一特性和带电粒子在磁力作用下保持动能不变,使其受到一定形状的不均匀磁场的限制。比如,地磁场可以限制带电粒子在地球上形成的辐射带(范艾伦带)。热核聚变控制下的磁镜装置也利用这一特性来限制等离子体。

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