(1)單粒子運(yùn)動(dòng)
主要研究單個(gè)帶電粒子在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。在均勻恒定磁場(chǎng)中,帶電粒子運(yùn)動(dòng)很簡(jiǎn)單。平行磁場(chǎng)的是等速運(yùn)動(dòng),垂直磁場(chǎng)的是繞磁力線的圓運(yùn)動(dòng)(拉莫爾圓),即帶電粒子的回旋運(yùn)動(dòng)。
如果除磁場(chǎng)外,還有其他外力F,則粒子除沿磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)外,在垂直磁場(chǎng)方向,一面作回旋運(yùn)動(dòng),一面作漂移運(yùn)動(dòng)。
漂移運(yùn)動(dòng)是拉莫爾圓的圓心(即導(dǎo)向中心)垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng),可以由靜電力或重力引起。對(duì)于非均勻磁場(chǎng),漂移也可以由磁場(chǎng)梯度和磁場(chǎng)的曲率等引起。【等離子Plasma】
靜電力引起的正負(fù)電荷的漂移相同,因而不形成電流。而非靜電力引起的正負(fù)電荷的漂移是相反的,會(huì)形成電流。
當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間及空間變化十分緩慢時(shí),可以把粒子運(yùn)動(dòng)看成是回旋運(yùn)動(dòng)和導(dǎo)向中心運(yùn)動(dòng)的疊加。為使問題簡(jiǎn)化起見,可以不考慮快速的回旋運(yùn)動(dòng)而只考慮導(dǎo)向中心的運(yùn)動(dòng),這就是漂移近似。在粒子軌道理論中,主要就是采用漂移近似來研究粒子的運(yùn)動(dòng)。
在緩變磁場(chǎng)中,有三個(gè)絕熱不變量,其中比較重要的一個(gè)是粒子的磁矩 是垂直于磁場(chǎng)B的速度分量,m是質(zhì)量。這個(gè)性質(zhì)和帶電粒子在磁力作用下動(dòng)能不變,使得帶電粒子會(huì)被一定形態(tài)的非均勻磁場(chǎng)約束住。
例如地磁場(chǎng)就能約束帶電粒子形成地球輻射帶(范艾倫帶)。受控?zé)岷司圩兊拇喷R裝置也是利用了這個(gè)性質(zhì)來約束等離子體的。【常壓等離子設(shè)備】
(2) 波動(dòng)
這是等離子體的基本運(yùn)動(dòng)形態(tài),因此對(duì)等離子體中的波的研究具有極為重要的意義。此外,由于波提供了理論與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系,一旦了解波動(dòng),就可用波來測(cè)量等離子體的各種參量,還可利用波來改變等離子體的狀態(tài),如用波來加熱或約束等離子體。
而且,研究波動(dòng)有著明顯的實(shí)用意義,例如波在電離層中的傳播等。波動(dòng)還和不穩(wěn)定性等問題緊密關(guān)聯(lián),因?yàn)椴环€(wěn)定性往往表現(xiàn)為振幅隨時(shí)間增長(zhǎng)的波。
等離子體中的波動(dòng)模式非常復(fù)雜。既有橫波(波矢k與電場(chǎng)E垂直),也有縱波(k與E平行),也有非橫非縱的波。有橢圓偏振波,也有圓偏振和線偏振波。波的相速可以大于、等于或小于真空光速 c 。波的群速和相速可以平行、不平行或反平行。【等離子處理機(jī)】