Плазма как система независимых частиц. Траектории частиц в плазме, дрейфовое приближение, страница 2

Условие (2.16) можно записать более наглядно через циклотронный радиус  и длину свободного пробега :

.                                                                                                   (2.17)

Поскольку циклотронная частота пропорциональна напряженности магнитного поля, то при достаточно больших магнитных полях плотная плазма так же может быть замагниченной.

          В замагниченной плазме () в полной мере проявляется анизотропия проводимости и других процессов переноса. Напротив, проводимость в законе Ома для плотности тока можно строго считать скаляром, если выполнено условие .

Качественное рассмотрение дрейфового движения

Теперь вновь обратимся к полному уравнению (2.1), которое за исключением простейших случаев аналитического решения не имеет. Мы будем рассматривать его в приближении, когда движение происходит в достаточно сильном внешнем магнитном поле и взаимодействием между частицами можно пренебречь, такое приближение получило название дрейфового движения. При этих условиях движение частицы можно разложить на три составляющие:

1.  быстрое циклотронное вращение вокруг силовых линий магнитного поля;

2.  дрейфовое движение центра циклотронной окружности поперек магнитного поля («дрейф поперек поля»);

3.  свободное движение вдоль силовой линии, на которое магнитное поле не действует.

Если сила  в уравнении (2.1) отсутствует и магнитное поле однородно, то движение частицы представляет собой сочетание циклотронного вращения и движения вдоль силовой линии поля. В зависимости от характера силы  на эту простейшую картину накладываются различные виды дрейфового движения. Различают пять разновидностей дрейфа.

1.  Электрический дрейф: сила  есть сила постоянного электрического поля.

Далее следуют две разновидности дрейфа в неоднородном магнитном поле:

2.  Градиентный дрейф: поле меняется по величине.

3.  Центробежный дрейф: поле меняется по направлению.

В качестве двух остальных видов дрейфового движения рассматриваются:

4.  Поляризационный дрейф: в переменном во времени электрическом поле.

5.  Дрейф под действием сил неэлектромагнитной природы, например силы тяжести (гравитационный дрейф).

          Дрейфовое движение обладает замечательными свойствами. Скорость направлена не вдоль действующей силы, а перпендикулярно к ее направлению и к направлению магнитного поля. Постоянная сила вызывает не равноускоренное движение, а равномерное движение. Сила электрического поля вызывает движение ионов и электронов в одном направлении, т.е. течение плазмы как целого, а не электрические силы возбуждают токи.

          На первый взгляд перечисленные свойства противоречат законам механики Ньютона, в действительности это не так ─ дрейф представляет собой усредненное движение.

          Дрейфовое движение является следствием циклотронного вращения. Для того чтобы движение поперек поля имело дрейфовый характер, циклотронное вращение не должно существенно нарушаться, т.е. должны выполняться условия адиабатичности (2.14) и замагниченности (2.16), которое можно переписать в виде

          ,                                                                                                  (2.18)

где  ─ частота столкновений. Ввиду того, что циклотронная частота у ионов в тысячи раз меньше чем у электронов, условие замагниченности для электронов осуществляется гораздо легче. Если условие (2.18) выполнено как для электронов, так и для ионов, то все частицы плазмы принимают участие в дрейфовом движении. Однако возможно, когда

          ,                                                 (2.19)

т.е. электроны замагничены, а ионы нет. В этом случае в дрейфовом движении принимают участие только электроны.