Дрейф заряджених частинок - фізична енциклопедія
ДРЕЙФ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК - відносно повільний спрямоване переміщення заряджу. частинок під дією разл. причин, що накладаються на їх осн. рух (закономірне або безладне). Напр. елект. ток в до - л. середовищі (метали, гази, напівпровідники. електроліти) відбувається під дією сил електричні. поля і зазвичай накладається на теплове (безладне) рух частинок. Тепловий рух не утворює макроскопіч. потоку, навіть якщо середня швидкість v цього руху набагато більше швидкості дрейфу Vд. Ставлення Vд / v характеризує ступінь спрямованості руху заряджу. частинок і залежить від роду середовища, роду заряджених частинок і інтенсивності факторів, що викликають дрейф. Д. з. ч. може виникати і при нерівномірному розподілі концентрації заряджених частинок (дифузія), при нерівномірному розподілі швидкостей заряджених частинок (термодифузія).
Дрейф заряджених частинок в плазмі. Для плазми. зазвичай знаходиться в магн. поле, характерний Д. з. ч. в схрещених магнітному та до - л. другом (елект. гравітаційному) полях. Заряджу. частка, що знаходиться в однорідному магн. поле при відсутності ін. сил, описує т. н. ларморовской окружність з радіусом R н = v / wH = cmv / ZeH. Тут Н - напруженість магнітного. поля, е, т і v - заряд. маса і швидкість частинки, wH = ZeH / mc - ларморовской (циклотронна) частота. Магн. поле вважається практично однорідним, якщо воно мало змінюється на відстані близько rH. При наявності до - л. зовн. сил F (елект. гравитац. градієнтних) на швидке ларморовской обертання накладається плавне зміщення орбіти з пост. швидкістю в напрямку, перпендикулярному до магн. полю, і діючій силі. швидкість дрейфу
Т. к. В знаменнику вираження варто заряд частинки, то, якщо сила F діє однаково на іони і електрони, вони будуть дрейфувати під дією цієї сили в протилежних напрямках (дрейфовий струм). Дрейфовий струм, що переноситься частинками даного сорту: В залежності від роду сил розрізняють неск. типів Д. з. ч. елект. поляризації. гравитац. градієнтний. Електричним дрейфом зв. Д. з. ч. в однорідному постійному електричні. поле E, перпендикулярному магн. полю (схрещені елект. та магн. поля). Елект. поле, що діє в площині ларморовской окружності, прискорює рух частинки в той напівперіод ларморовского обертання, коли
Мал. 1. Дрейф зарядженої частинки в схрещених електричному і магнітному полях. Магнітне поле, спрямоване в бік спостерігача. вона рухається в напрямку поля, і відповідно уповільнює в зворотному випадку в тій же мірі. В результаті уздовж Е частка не зміщується, але в напрямку, перпендикулярному Е виникає різниця швидкостей vдЕ, т. К. Складова швидкості в одному напрямку (на рис. 1 рух вниз) більше складовою швидкості при русі в протилежному напрямку (рух вгору). Через різних радіусів rH на разл. ділянках орбіти траєкторія частки не замкнута в напрямку, перпендикулярному E і H, т. е. в цьому напрямку виникає дрейф. У разі електричні. дрейфу F = ZeE. звідси vдЕ = c [E H] / H 2. т. е. швидкість електричні. дрейфу не залежить ні від знака і величини заряду, ні від маси частинки і однакова для іонів і електронів по величині і напрямку. Т. о. елект. Д. з. ч. в магн. поле призводить до руху всієї плазми і не збуджує дрейфовий струмів. Однак такі сили, як сила тяжіння. відцентрова сила, к-які в відсутність магнітного. поля діють однаково на всі частинки незалежно від їх заряду, в магн. поле викликають не дрейфовий рух плазми в цілому, але, змушуючи електрони і іони дрейфувати в різні боки, призводять до появи дрейфовий струмів. Якщо частинки зазнають постійного або повільно змінюється прискорення, то їх рух відбувається так, як ніби на них діяла сила інерції. При зміні електричні. поля в часі на частинки діє інерційна сила, пов'язана зі зміною (прискоренням) електричні. дрейфу Fе = тvдЕ = тс [Н] / Н 2. Використовуючи (1), отримаємо вираз для швидкості цього дрейфу, званого поляризаційним, vдр = mc 2 Е / ZeH 2. Напрямок поляризації. Д. з. ч. збігається з напрямком електричні. поля. Швидкість поляризації. дрейфу залежить від знака заряду, і це призводить до появи дрейфового поляризації. струму В схрещених гравитац. і магн. полях виникає гравітаційний дрейф зі швидкістю vдG = тс [gH] / ZeH 2. де g - прискорення сили тяжіння. Т. к. VдG залежить від маси і знака заряду, то виникають дрейфові струми, що призводять до розділення зарядів в плазмі. В результаті гравитац. дрейфового руху виникають нестійкості. У неоднорідному магн. поле можуть виникнути два види Д. з. ч. в залежності від напрямку неоднорідності: уздовж і поперек поля. Поперечна неоднорідність магн. поля, яка полягає в згущенні і розрідженні силових ліній (рис. 2), призводить до того, що радіус орбіти в області сильного поля стає менше, ніж в області слабкого. Це рівносильно як би виштовхування центру ларморовской окружності поперек силових ліній поля в сторону зменшення поля з силою Frр. пропорційної градієнту магнітного. поля (т. н. градієнтний Д. з. ч.). Якщо частку, що обертається на ларморовской окружності, розглядати як "магнітик" з магнітним моментом
Мал. 2. Метод найшвидшого дрейф. Магнітне поле зростає вгору. Дрейфовий струм направлений вліво.
Швидкість градиентного дрейфу
При русі частинки зі швидкістю v || вздовж викривленої силової лінії (рис. 3) з радіусом кривизни R
виникає дрейф, зобов'язаний своїм походженням відцентрової сили інерції mv 2 || / R (т. Н. Відцентровий дрейф). швидкість
Швидкості градієнтного і відцентрового Д. з. ч. мають протилежні напрямки для іонів і електронів, т. е. виникають дрейфові струми. Тут необхідно підкреслити, що розглянуті дрейф є саме зміщення центрів ларморовскіх кіл (що мало відрізняються від зсувів самих частинок) за рахунок сил, перпендикулярних магн. полю. Для системи частинок (плазми) така різниця істотно. Напр. якщо щільність і темп-pa часток не залежать від координат, то потоку частинок усередині плазми немає (в повній відповідності з тим, що магнітне. поле не впливає на максвелловское розподіл), але потік центрів є, якщо магн. поле неоднорідне (градієнтний і відцентровий дрейфові струми).
Мал. 4. Дрейф і поляризація плазми в тороидальной пастці. Дрейф в неоднорідному магн. поле ускладнює утримання плазми в тороидальной магн. пастці. Метод найшвидшого і відцентровий дрейф в торі, розташованому горизонтально, викликають вертикальні дрейфові струми, поділ зарядів і поляризацію плазми (рис. 4). Що виникає злектріч. поле змушує вже всю плазму рухатися до зовнішньої стінки тора (т. н. тороидальний дрейф). Літ .: Франк-Каменецький Д. А. Плазма - четвертий стан речовини, 2 видавництва. М. 1963: Додати Брагінський С. І. Явища переносу в плазмі, в сб. Питання теорії плазми, в. 1, М. 1063: Про Раєвський В. Н. Плазма на Землі і в космосі, [2 видавництва.], К. 1980. С. С. Моїсеєв.