Zwierciadło magnetyczne - Polski Serwis Naukowy

Zwierciadło magnetyczne - część obszaru pola magnetycznego, stanowiąca element pułapki magnetycznej stosowanej do ograniczenia gorącej plazmy i opartej na zasadzie adiabatycznej niezmienniczości momentu magnetycznego orbity cyklotronowego krążenia cząstki naładowanej. Orbitalny moment magnetyczny określony jest wzorem:

Plazma – zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, złożona zarówno z cząstek naładowanych elektrycznie, jak i obojętnych. Mimo że plazma zawiera swobodne cząstki naładowane, to w skali makroskopowej jest elektrycznie obojętna.

Pole magnetyczne — stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

$\mu=\frac{E_{\perp}}{H}$

gdzie $E_{\perp}$ - energia kinetyczna składowej ruchu prostopadłej do natężenia $\vec{H}$ pola magnetycznego.

Jeśli tylko natężenie pola magnetycznego zmienia się w przestrzeni dostatecznie wolno, to podczas ruchu cząstki moment $\mu$ pozostaje prawie stały. Ze spełnienia tego warunku wynika, że w miarę zbliżania się cząstek do obszaru silniejszego pola magnetycznego, energia kinetyczna $E_{\perp}$ krążenia cyklotronowego powinna wzrastać. Jednocześnie z zasady zachowania energii wynika, że wraz ze wzrostem energii kinetycznej takiego ruchu poprzecznego będzie maleć energia (a zatem i prędkość) składowej ruchu cząstki wzdłuż pola magnetycznego. Kiedy więc wielkość $E_{\perp}$ w obszarze pola o rosnącym natężeniu osiągnie wartość energii całkowitej, powinno nastąpić odbicie cząstki. Jeżeli w pewnym obszarze natężenie pola magnetycznego wzrasta wzdłuż linii sił w obie strony, to poruszająca się w tym obszarze cząstka naładowana będzie odbijała się od obu jego granic, tj. od obu obszarów zagęszczenia linii sił, podobnie jak promień świetlny między dwoma zwierciadłami. Można jednak wykazać, że nie dotyczy to cząstek, których prędkości tworzą z kierunkiem pola magnetycznego kąt mniejszy od kąta $\theta$ określonego wzorem: $\tan{\theta}=\frac{1}{\sqrt{\frac{H}{H_{0}}-1}}$

gdzie H jest natężeniem pola magnetycznego w obszarze zwierciadła, $H_{0}$ zaś w obszarze środka pułapki.

Inaczej mówiąc, cząstki których prędkości leżą wewnątrz tzw. stożka ucieczki, tj. stożka o osi równoległej do kierunku pola magnetycznego i kącie między wysokością i tworzącą równym $\theta$ , nie będą w pułapce ze zwierciadłami utrzymywane. Składowa prędkości takich cząstek równoległa do pola magnetycznego nie będzie równa zeru nawet w obszarze zwierciadeł, gdzie pole jest najsilniejsze, wskutek czego cząstka w swym ruchu wzdłuż linii pola nie zostanie zatrzymana i pułapkę opuści.