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* Introduction to Plasma Physics 等离子体物理学导论 主讲: 陈 耀 第七讲 山东大学威海空间天气 物理与探测研究中心 2009.3 – 2009.6 2.3 曲率漂移 粒子被洛仑兹力约束在磁力线上, 导心沿着力线 平行运动; 若磁力线是弯曲的，则在导心坐标系中， 粒子将感受到惯性离心力，并产生曲率漂移。 惯性离心力可表示为 漂移速度： 曲率半径 ? ? ? 考虑势场(无旋场) 或 无力场(电流与磁场平行)情况, 证明: 磁力线是弯曲的,则磁场必然是非均匀的. 小结：由磁场不均匀性造成的效应： (1) 磁镜效应 由平行方向受到与梯度反向的作用力 (2) 梯度漂移 垂直方向受力产生梯度漂移 (3) 曲率漂移 弯曲力线中, 粒子沿磁力线运动时，受离心力作用，产生曲率漂移 两种漂移运动,通常同时存在: 漂移方向一致, 但大小与动能及电荷有关 ?产生电荷分离与电场 Q：给出具 Maxwell分布（温度T）的等离子体粒子的两种漂移速度！ 2.4 缓变系统的绝热不变量 (Adiabatic Invariants) （1）磁矩守恒（请验证这一组等式！） 磁矩守恒?迴旋轨道包围的磁通是守恒的 在强场区，磁通/矩(角动量)守恒要求粒子 回旋轨道收缩和垂直动能增加 （2）纵向不变量 J (Longitudinal Invariant) 证明该纵向不变量. 该不变量在地磁场中约束的粒子运动中有重要应用. （3）第三绝热不变量: 漂移面总磁通守恒：磁通不变量 在地磁场中的应用： 在地磁场中，粒子的运动是三种不同时间尺度的 运动形式的叠加： 1. 迴旋运动?磁矩守恒 2. 两极间的磁镜反射之往返运动 ?地磁场基本对称时，粒子漂移一周 后将回到同一根磁力线上 3. 漂移?时间尺度太长、系统不满足缓变条件 因此地球磁场中漂移面所含磁通一般不守恒 回旋 往返 漂移 WEST In 1990, the satellite Combined Release and Radiation Effects Satellite (CRRES) discovered a third radiation belt located between the inner and outer Van Allen belts. Also, around May 8, 1998, there were a series of large, solar disturbances that caused a new radiation belt to form in the so-called “slot region” between the inner and outer van Allen belts. The new belt eventually disappeared once the solar activity subsided. Nuclear tests in space? artificial radiation belts. Starfish Prime, ?damaged or destroyed as many as one third of the satellites in low earth orbit at the time (1962?). Van Allen辐射带的稳定存在反映了纵向不变量的近似守恒, Inner and outer radiation belts: The outer belt: mainly electrons (0.1–10 MeV) (3 to 10Re) The inner belt: mainly protons (0.1 to 1.5 Re) 100 MeV electrons (hundreds of kev). The relative drift between the ions and electrons produces the ring current in the geomagnetosphere. A gap between the inner and outer Van Allen belts, sometimes called safe zone or safe slot, is caused by the very low frequency (VLF) waves which scatter particles in pitch angle which results in the loss of pa