ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДВИЖЕНИЕ

в электрическом и магнитном полях - перемещение частиц в пространстве под действием сил этих полей. Ниже рассмотрены движения частицплазмы,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:

гдеr-радиус-вектор частицы,v-скорость, m= -масса,p= mv-импульс,е -заряд,EиH-напряжённости электрич. и магн. полей соответственно. Правая часть (1) - выражение дляЛоренца силы.Из (1) следует, что изменение кинетич. энергии E_к= mс²со временем равняется работе, производимой электрич. полем:

Магн. поле работы не совершает, т. сила перпендикулярна вектору скорости.В случае статич. полей из (2) следует интеграл энергии:

гдеU(r)-потенциал электрич. поляE= -nU.Для полейEиН,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 полев нерелятивистском случае (v<gиграет величинаеE/т;траектория заряда - параболах= (emE/2p²₀)y²+const.Осьхвыбрана вдольЕ.В случае релятивистского движения траектория представляет собой цепную линию

В неоднородном электростатическом полеДЗЧ имеет глубокую аналогию с распространением световых лучей в прозрачной преломляющей среде. Для заряда, движущегося в пространстве, в к-ром на некоторой границе имеется скачок потенциалаU(x₁иU (x/a) = U₂,из (3) следует (при E₀= 0,v/с<<1) выражение для скоростей:

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 значенияv₁иv₂, получаем условие полностью 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 созданияэлектронной и ионной оптики.В постоянном магнитном полеДЗЧ можно представить в виде

где w_H=-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 вдольН,получим:

где - радиус окружности (ларморовский радиус), к-рая является проекцией траектории частицы на плоскость, перпендикулярную магн. полю;a=arctg [v_y(0)/v_x(0)].Как следует из (4), траектория частицы в пост. магн. поле представляет собой спираль с радиусом r и шагомl= 2pv_z/ | w_H| .В постоянных и однородных электрических и магнитных поляхДЗЧ обладает рядом особенностей. Пост. магн. поле не влияет на характер движения частицы вдоль Н (осьz);в этом направлении частица движется равноускоренно:

В направлении, перпендикулярном магн. полю, ускоренно частицы не происходит. Под воздействием перпендикулярной магн. полю компоненты электрич. поля частицы получают пост. сдвиг скорости , наз. скоростью дрейфа (см.Дрейф заряженных частиц).В системе координат, движущейся с пост. скоростьюv_д, траектория ДЗЧ в скрещенных электрич. и магн. полях {E_z=0,v_z(0)=0} также представляет собой ларморовскую окружность. Для нерелятивистской частицы (v<v_д<В 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 поленаряду с дрейфомv_димеетсядополнит. дрейф со скоростьюv_и, наз. обычно инерционным, так что полная скорость дрейфа определяется выражением:v_{д полн}=v_д+v_и, где

Для решения ур-ний (1) в статич. неоднородных полях, в к-рых характерный масштаб неоднородности значительно превышает ларморовский радиус r<вокруг перемещающегося центра ларморовской окружностиR(t)=r(t)-r(t),наз. ведущим центром. Такое приближение наз. дрейфовым, а ур-ние, описывающее плавное перемещение ведущего центра, имеет вид:

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, параллельныйН, R -радиус кривизны). При движении заряж. частицы сохраняется её магн. момент, наз. первым адиабатич. инвариантом:Сохранение m представляет собой проявление принципа адиабатической инвариантностипри квазипериодич. движении. В произвольной консервативной системе выражение для адиабатич. инварианта имеет вид где предполагается, что по координатеq_iимеет место квазипериодич. движение. В случае ларморовского вращения (j - фаза вращения). ТогдаI₁, то есть m = const. Если частица колеблется вдоль силовых линий, то в таком движении сохраняется интеграл Выражаяv_||черезE_ки m, получаем наз. 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 I₂сохраняется в обычном смысле. 3. Его роль играет магн. поток внутри силовой трубки, охватываемой дрейфовой траекторией частицы. 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.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.