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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
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