等離子體的磁約束原理

1、等離子體的磁約束原理等離子體的磁約束原理張玉萍玉萍在輝光放電、弧光放電的陽極柱里，氣體處在高度電離狀態(tài)，但是其中正、負(fù)電荷密度幾乎相等，這時(shí)的系統(tǒng)同普通的氣體有明顯的區(qū)別，1929年，美國的朗默爾（Langmuir）將它取名為“plasma”，譯名為“等離子體”。在熱核反應(yīng)的高溫（約在幾百萬開甚至一億開左右）下，物質(zhì)處于等離子態(tài)，但在熱核反應(yīng)的高溫下，任何固體材料的容器早已熔毀，而且散熱的速度隨溫度的升高而急劇增加。目前在大多數(shù)受控?zé)岷?/p>

2、反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置里用磁場(chǎng)來約束等離子體，使之脫離器壁并限制它的熱導(dǎo)。下面簡(jiǎn)單介紹等離子體磁約束的原理。我們知道，帶電粒子的速度v和磁感強(qiáng)度B成任意夾角時(shí)，此帶電粒子在磁場(chǎng)中作螺旋線運(yùn)動(dòng)，且回旋半徑R與磁感強(qiáng)度B成反比，磁場(chǎng)越強(qiáng)，半徑越小，這樣一來，在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中，每個(gè)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)便被約束在一根磁感線附近的很小的范圍內(nèi)（右圖），也就是說，帶電粒子回旋軌道的中心（也叫引導(dǎo)中心）只能沿磁感線縱向移動(dòng)，而不能橫越它，只有當(dāng)粒子發(fā)生碰撞時(shí)，引導(dǎo)中

3、心才能由一根磁感線跳到另一根磁感線，因此，強(qiáng)磁場(chǎng)可以使帶電粒子的橫向輸運(yùn)過程（如擴(kuò)散、熱導(dǎo)）受到很大的限制。向軸線偏轉(zhuǎn)，軸向分量zF使帶電粒子的軸向速度v減少，因?yàn)锽vF???q，B增大，v減小得也快，粒子運(yùn)動(dòng)到右端線圈附近時(shí)，由于該處B很大，如果v初始速度較小，則v有可能減至為零，然后就反向運(yùn)動(dòng)，猶如光線射到鏡面上反射回來一樣。如果處于中間區(qū)域的帶電粒子沿著z軸向左運(yùn)動(dòng)，類似分析，如上圖（c），可以得出帶電粒子運(yùn)動(dòng)到左端線圈附近時(shí)，帶

4、電粒子軸向速度也有可能減至為零，然后帶電粒子反向運(yùn)動(dòng)，我們通常把這種能約束運(yùn)動(dòng)帶電粒子（見右圖動(dòng)畫）的磁場(chǎng)分布叫做磁鏡，又形象地稱為磁瓶，上圖（a）所示的便是一種磁鏡裝置，對(duì)于其中的帶電粒子來說，相當(dāng)于兩端各有一面磁鏡，那些縱向速度v不是太大的帶電粒子將在兩磁鏡之間來回反射，被約束在兩面“鏡子”之間的中間區(qū)域而不能逃脫。如前所述，不僅帶電粒子的橫向運(yùn)動(dòng)可被磁場(chǎng)抑制，而且縱向運(yùn)動(dòng)又被磁鏡所反射，所以這樣的磁場(chǎng)分布就象牢寵一樣，可以把帶電粒