5等离子体物理(第五讲单粒子轨道运动(二)).pdf

第五讲：单粒子轨道运动（二） 等离子体物理 Plasma Physics 2.3 非均匀磁场   dυ(x , y , z )  m qυ(x , y , z ) ×B (x , y , z ) dt 3 2.3.1 回旋中心(导向中心) 近似 回旋运动通常是磁场中粒子的基本运动，一般处理电粒 子在电磁场中时，把其运动分解成回旋运动加回旋中心 的漂移运动： υ υ υ + c D 由于场的不均匀性，很难给出速度的解析表达式。 4 导向中心近似： 不考虑时空尺度较小的回旋 运动，用导向中心代表粒子 外场变化时，回旋运动受影响，若在回旋运动的 时间空间尺度中，外场相对变化小，则回旋运动 近似是完整的，粒子的运动可以近似用导向中心 代表，将场的变化对回旋运动的影响归结为对导 向中心运动的修正 实际上很多情况下，场的非均匀性比较弱－缓 变，这样可以对运动进行分解：快回旋＋缓慢 的漂移运动。 带电粒子的回旋运动 －－快运动 常局域磁场中的回旋运动 忽略回旋中心的漂移 带电粒子的回旋中心的漂移运动 －－慢运动 由于磁场的不均匀性导致回旋轨道的不闭合，产 生中心漂移，通常是对一个回旋周期进行平均。 必须在弱不均匀性条件下 弱不均匀性条件 7 弱不均匀性条件 条件1：回旋运动的特征尺寸－回旋半径远小于磁场 的非均匀性的标长 r L c 条件2：在一个回旋周期内回旋中心的漂移距离远小于 回旋半径 υ D r ω c c 带电粒子的梯度漂移 带电粒子的曲率漂移 8 2.3.2 带电粒子的梯度漂移 地轴 •在这里只研究每次出现一 种不均匀性的情况。 磁场的空间变化可以用 ∂B ∂B ∂B  