ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДВИЖЕНИЕ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДВИЖЕНИЕ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДВИЖЕНИЕ

в электрическом и магнитном полях - перемещение частиц в пространстве под действием сил этих полей. Ниже рассмотрены движения частиц плазмы, хотя нек-рые положения являются общими и для плазмы твёрдых тел (металлов, полупроводников). Различают следующие основные типы движения заряж. частиц (ДЗЧ): равноускоренное движение в пост. электрич. поле, вращательно-поступательное (по спирали) в пост. магн. поле, дрейфовое движение из-за слабой неоднородности магн. поля или под действием др. сил, перпендикулярных магн. полю. В ансамбле заряж. частиц (плазме) с неоднородной концентрацией возникает диффузия. В общем виде движение отдельной заряж. частицы описывается ур-нием:
045_064-53.jpg
где r - радиус-вектор частицы, v - скорость, m=045_064-54.jpg -масса, p = mv - импульс, е - заряд, E и H - напряжённости электрич. и магн. полей соответственно. Правая часть (1) - выражение для Лоренца силы. Из (1) следует, что изменение кинетич. энергии E к = mс 2 со временем равняется работе, производимой электрич. полем:
045_064-55.jpg
Магн. поле работы не совершает, т. <к. соответствующая ему сила перпендикулярна вектору скорости. В случае статич. полей из (2) следует интеграл энергии:
045_064-56.jpg
где U(r) - потенциал электрич. поля E = -nU. Для полей E и Н,произвольно меняющихся во времени и пространстве, ур-ния (1) не интегрируемы в общем виде; лишь для простых типов полей они интегрируемы точно. Во многих практически важных случаях разработаны приближённые методы решения ур-ний (1) с помощью ЭВМ. В постоянном электрическом поле в нерелятивистском случае (v<<c) ДЗЧ аналогично движению материальной точки в пост. поле тяжести: роль ускорения силы тяжести g играет величина е E/т; траектория заряда - парабола х= (emE/2p20)y2+const. Ось х выбрана вдоль Е. В случае релятивистского движения траектория представляет собой цепную линию
045_064-57.jpg
В неоднородном электростатическом поле ДЗЧ имеет глубокую аналогию с распространением световых лучей в прозрачной преломляющей среде. Для заряда, движущегося в пространстве, в к-ром на некоторой границе имеется скачок потенциала U(x<a)=U1 и U (x/a) = U2, из (3) следует (при E0 = 0, v/с<<1) выражение для скоростей:
045_064-58.jpg
При прохождении через границу частица испытывает действие силы, направленной по нормали, а тангенциальная составляющая остаётся неизменной: v1sin a= v2sin b (a, b - углы падения и "преломления"). Подставляя значения v1 и v2, получаем условие 045_064-59.jpgполностью совпадающее с обычной формулировкой закона преломления в оптике. Роль показателя преломления играет квадратный корень из значения потенциала в данной точке. Эта аналогия позволяет использовать методы геом. оптики и служит основой для создания электронной и ионной оптики. В постоянном магнитном поле ДЗЧ можно представить в виде
045_064-60.jpg
где wH=-еНс/E - величина постоянная (магн. поле работы не совершает, поэтому E=const), наз. ларморовской частотой. Интегрируя это ур-ние с учётом (1) и выбирая ось z вдоль Н, получим:
045_064-61.jpg
где 045_064-62.jpg- радиус окружности (ларморовский радиус), к-рая является проекцией траектории частицы на плоскость, перпендикулярную магн. полю;045_064-63.jpga=arctg [vy(0)/vx(0)]. Как следует из (4), траектория частицы в пост. магн. поле представляет собой спираль с радиусом r и шагом l = 2pvz/ | wH | . В постоянных и однородных электрических и магнитных полях ДЗЧ обладает рядом особенностей. Пост. магн. поле не влияет на характер движения частицы вдоль Н (ось z); в этом направлении частица движется равноускоренно:
045_064-64.jpg
В направлении, перпендикулярном магн. полю, ускоренно частицы не происходит. Под воздействием перпендикулярной магн. полю компоненты электрич. поля 045_064-65.jpgчастицы получают пост. сдвиг скорости 045_064-66.jpg, наз. скоростью дрейфа (см. Дрейф заряженных частиц). В системе координат, движущейся с пост. скоростью v д, траектория ДЗЧ в скрещенных электрич. и магн. полях {Ez=0, vz(0)=0} также представляет собой ларморовскую окружность. Для нерелятивистской частицы (v<<c) скорость дрейфа v д<<с, следовательно 045_064-67.jpgВ скрещенных малом электрическом и большом магн. полях средняя за оборот энергия частицы сохраняется, т. е. в среднем частица движется по эквипотенциалям электрич. поля. В квазистационарном поперечном электрическом поле045_064-68.jpgнаряду с дрейфом v д имеетсядополнит. дрейф со скоростью v и, наз. обычно инерционным, так что полная скорость дрейфа определяется выражением: v д полн = v д+v и, где
045_064-69.jpg
Для решения ур-ний (1) в статич. неоднородных полях, в к-рых характерный масштаб неоднородности значительно превышает ларморовский радиус r<<H/ | nH |, развит приближённый метод, основанный на разложении по малому параметру rnH/H. В этом случае ДЗЧ можно представить как вращение с медленно меняющимся радиусом 045_064-70.jpgвокруг перемещающегося центра ларморовской окружности R(t)=r(t)-r(t), наз. ведущим центром. Такое приближение наз. дрейфовым, а ур-ние, описывающее плавное перемещение ведущего центра, имеет вид:
045_064-71.jpg
Первый член в правой части (5) описывает ДЗЧ вдоль силовой линии, второй - дрейф в скрещенных полях, третий - дрейф из-за неоднородности поля, четвёртый - т. н. центробежный дрейф, связанный с кривизной силовых линий (hn)h=n/R(n - орт нормали, h - орт, параллельный Н, R - радиус кривизны). При движении заряж. частицы сохраняется её магн. момент, наз. первым адиабатич. инвариантом:045_064-72.jpgСохранение m представляет собой проявление принципа адиабатической инвариантностипри квазипериодич. движении. В произвольной консервативной системе выражение для адиабатич. инварианта имеет вид 045_064-73.jpgгде предполагается, что по координате qi имеет место квазипериодич. движение. В случае ларморовского вращения 045_064-74.jpg(j - фаза вращения). Тогда I1045_064-75.jpg, то есть m = const. Если частица колеблется вдоль силовых линий, то в таком движении сохраняется интеграл 045_064-76.jpgВыражая v|| черезE к и m, получаем 045_064-77.jpgназ. обычновторым адиабатич. инвариантом. Для выполнения условий его существования необходимо, чтобы за период одного продольного колебания частицы магн. поле, вдоль силовой линии к-poro движется частица, изменилось мало. Такое изменение может быть вызвано, напр., пространств. неоднородностью магн. поля, приводящей к поперечному дрейфу частицы (во время к-рого она переходит с одной силовой линии на другую), а также нестационарностью магн. поля. В последнем случае энергия частицы уже не является интегралом движения, но адиабатич. инвариант I2 сохраняется в обычном смысле. <Если дрейфовое движение частицы поперёк силовых линий магн. поля носит циклич. характер, можно ввести третий адиабатич. инвариант I3. Его роль играет магн. поток внутри силовой трубки, охватываемой дрейфовой траекторией частицы. <На сохранении первого адиабатич. инварианта основана идея удержания частиц в т. н. адиабатич. ловушке (см. Открытые ловушки, Магнитные ловушки). Лит.: Спитцер Л., Физика полностью ионизованного газа, пер. с англ., М., 1965; К р о л л Н., Т р а й в е л п и с А., Основы физики плазмы, пер. с англ., М., 1975; Арцимович Л. А., С а г д е е в Р. 3., Физика плазмы для физиков, М., 1979. Е. В. Мишин, В. Н. Ораевский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДВИЖЕНИЕ" в других словарях:

  • КАНАЛИРОВАНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — движение заряж. частиц внутри монокристалла вдоль каналов , образованных параллельными рядами атомов или плоскостей. К. з. ч. было предсказано М. Т. Робинсоном (М. Т. Robinson) и О. С. Оэном (О. S. Оеп) в 1961 и обнаружено в 1963. Различают… …   Физическая энциклопедия

  • беспорядочное движение заряженных частиц — Движение заряженных частиц, характеризующееся равной вероятностью любых направлений движения этих частиц в данном элементе объема …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • КАНАЛИРОВАНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — движение протонов, электронов и др. заряженных частиц, попавших в монокристалл, вдоль каналов , образованных параллельными рядами атомов или кристаллографич. плоскостями. Предсказано И. Штарком в 1912, обнаружено в 1963 65. Каналированные частицы …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — в плазме, относительно медленное направленное перемещение заряж. ч ц (эл нов и ионов) под действием разл. причин, налагающихся на осн. движение (закономерное или беспорядочное). Напр., осн. движение заряж. ч цы в однородном магн. поле в… …   Физическая энциклопедия

  • Ускорители заряженных частиц —         устройства для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий. Ускорение производится с помощью электрического поля, способного изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Магнитное… …   Большая советская энциклопедия

  • УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ — установки, служащие для ускорения заряж. частиц до высоких энергий. При обычном словоупотреблении ускорителями (У.) наз. установки, рассчитанные на ускорение частиц до энергий более МэВ. На рекордном У. протонов теватроне достигнута энергия 940… …   Физическая энциклопедия

  • Каналирование заряженных частиц —         в кристаллах, движение частиц вдоль «каналов», образованных параллельными друг другу рядами атомов. При этом частицы испытывают скользящие столкновения (импульс почти не меняется) с рядами атомов, удерживающих их в этих «каналах» (рис.).… …   Большая советская энциклопедия

  • Ускорения заряженных частиц коллективные методы —         Ускорение заряженных частиц в современных ускорителях происходит благодаря взаимодействию заряда частицы с внешним электромагнитным полем (см. Ускорители заряженных частиц). Эффективность ускорения, т. е. средняя энергия, сообщаемая… …   Большая советская энциклопедия

  • Каналирование заряженных частиц в — кристаллах, движение частиц вдоль «каналов», образованных параллельными друг другу рядами атомов. При этом частицы испытывают скользящие столкновения (импульс почти не меняется) с рядами атомов, удерживающих их в этих «каналах» (рис.). Если… …   Большая советская энциклопедия

  • дрейф заряженных частиц — медленное (по сравнению с тепловым движением) направленное движение заряженных частиц (электронов, ионов и т. д.) в среде под внешним воздействием, например электрических полей. * * * ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, медленное (по …   Энциклопедический словарь

Книги

Другие книги по запросу «ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДВИЖЕНИЕ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»