Плазма в магнитном поле

Поведение плазмы определяется тем, как движутся составляющие ее частицы. Когда плазма предоставлена самой себе, частицы ее движутся хаотически, примерно так же, как молекулы газа (рис. 1). После включения магнитного поля движения заряженных частиц резко изменяется. Они начинают закручиваться вокруг силовых линий магнитного поля, причем положительные ионы закручиваются в одну сторону, а электроны - в другую. Траектории частиц представляют собой винтовые линии, похожие на пружинку или на нитку, навитую на круглый карандаш. При таком характере движения частицы могут свободно перемещаться только вдоль силовых линий магнитного поля. Поперек поля они уже не могут двигаться, так как каждая пружинка "надета" на соответствующую силовую линию (рис. 2).

Рис. 1. При отсутствии внешних полей частицы плазмы движутся хаотически.

К сожалению, нельзя нагреть плазму вместе с установкой, в которой она находится, как мы нагреваем чайник с водой. При температуре, которая необходима, вся установка моментально испарилась бы и тоже превратилась в плазму. При таких температурах вещество может существовать только в виде плазмы. Поэтому стенки установок остаются холодными, и нужно как-то предохранить плазму от взаимодействия с ними, подвесить ее в пространстве так, чтобы она не соприкасалась ни с какими деталями. На помощь приходит магнитное поле.

Рис. 2. При наложении магнитного поля заряженные частицы движутся по винтовым траекториям вдоль силовых линий магнитного поля. Направление вращения зависит от знака заряда частицы. Направление поступательного движения частицы зависит от направления ее начальной скорости в момент включения магнитного поля.

Если бы мы сумели создать магнитное поле, силовые линии которого со всех сторон окружали бы плазму, то частицы плазмы не смогли бы выбраться из магнитного плена. А значит, и тепло не уходило бы из плазмы - ведь тепло в основном уносится движущимися частицами и передается ими холодным стенкам установки. В этом и заключается идея магнитной термоизоляции, лежащая в основе всех исследований по управляемому термоядерному синтезу.

перейти к началу страницы