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Introduction to Plasma Physics 等离子体物理学导论 主讲: 陈 耀 第8讲 山东大学威海空间天气 物理与探测研究中心 2009.3 – 2009.6 上讲回顾： 2.2 不均匀磁场中粒子的运动 磁镜效应 2.3 曲率漂移 2.4 缓变系统的绝热不变量 2.5 不均匀电场的影响 本讲: 2.6 (随时间)渐变电场的影响 2.7 高频电磁场的作用与有质动力 2.6 (随时间)渐变电场的影响 作如下变换： 假设平行电场分量为零， 出现了新的惯性力?引起漂移，漂移速度为 Comments: 1、该速度与粒子种类(m, q)相关 与质量成正比（理解？）、与电荷成反比、 正负电荷漂移方向相反 2、该速度与原电场漂移垂直，与电场方向 相同(或相反) ?称为极化漂移(polarization drift) （物理图像描述） 极化电流(polarization current)： 2.7 高频电磁场的作用与有质动力 高频电场(电磁波)下的震荡解： 振荡中心近似 (类似于迴旋中心近似)： 考虑在空间弱不均匀电磁场中粒子的运动： ? 将粒子的运动分成在振荡中心作高速振荡运动 及振荡中心的相对慢的运动之和 ? 将电场在振荡中心附近Taylor展开： 有质动力：ponderomotive force 由于带电粒子与电磁场的强烈耦合，电磁场压力 (即电磁场能量密度的梯度)可以施于带电粒子上， 产生有质动力, 方向与电荷符号无关. 相关概念：光压 (solar sail?)、波压、磁压 等离子体受其加速获得定向运动的能量。 定向能量由电磁场能量转换而来: (粒子平均振荡能量与荡心的运动能量之和为常数) 阿尔芬波波压是一种重要的太阳风加速机制。 磁压：磁场对等离子体的洛仑兹力可分解成磁压力和磁张力 对等离子体而言, 准电中性保证了电子 离子一起运动?以电荷分离形成的电场力为内力，使施加于等离子体中某一成份上的力，施加于等离子体整体之上。 单位体积等离子体所受的有质动力为， 电磁波在等离子体中的相速度大于光速, 折射率 1 第二章小结： 粒子迴旋运动： 电磁场中粒子导向中心漂移概述： 导向中心近似 V = Vc + Vd 恒定外力造成的漂移: (电场力、重力、其它外力) 磁场梯度造成的净作用力 垂直方向：梯度漂移 平行方向：磁镜效应 被约束的粒子的投掷角满足 曲率漂移： 总的磁场不均匀性对应的漂移速度： 总的电场漂移： 渐变电场的影响： 高频电场作用力： 有质动力 磁矩守恒 纵向不变量 漂移面总磁通守恒：磁通不变量 三个绝热不变量： 对于各种漂移项的统一理解： 粒子的迴旋运动为最快的、基本的运动方式， 使粒子具有缠绕磁力线、沿着磁力线运行的趋势 任何施加于粒子上的垂直方向的外力有将粒子 拉离磁力线方向运动的趋势 垂直方向漂移运动是上述两种趋势相平衡的结果： 垂直方向漂移运动对应的Lorentz力项与 外力大小相等、方向相反 作业1: 证明带电粒子(m,q)在稳恒均匀磁场B = Bez， 及稳恒均匀力场F=Fex中运动, 证明回旋中心 垂直于磁场方向的漂移运动速度为: 　　 (提示：将运动方程展开成分量形式) 作业2: 证明带电粒子(m,q)在弱不均匀稳恒磁场中 运动，受到由磁场梯度决定的作用力： 作业3: .2 .4 .5 .6 .8