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Behaviour of plasma in a rotating magnetic field

A. Legatowicz1960年被引用 10Nuclear FusionIF 3出版社

An investigation is made of the non-relativistic motion of a charged particle (in a plasma) in an external rotating electromagnetic field of the form: Hx = H0 cos (ωy/c) cos ωt, Hy = H0 cos (ωx/c) sin ωt, Hz = constant, Ex = Ey = 0, Ez = H0 [sin (ωx/c) cos ωt + sin (ωy/c) sin ωt], with ωx/c ≪ 1 and ωy/c ≪ 1. If the condition −1 < (eHz/mcω) < −1 + (eH0/mcω)2 is satisfied, then the particle moves away from the Z-axis. The particle energy is ∼H02e22/(mc2k) in °K where is the average distance from the Z-axis.The motion of the plasma is then investigated taking into account its proper electromagnetic field. The following transport equation is used: nm + v ∇⋅v = nq (E + v × H/c) − ∇ψ − nm∇φ + p. The assumptions are: a plasma consisting of equal populations of electrons and deuterons with density ∼1015/cm3, ω ≤ 1010/sec, H0 ∼ 103 G, ν ≤ 0.1 c. At t = 0 it is assumed that T = 106 °K and ν = 0 and that the derivatives of the plasma density with respect to the space variables are negligible compared to other terms of the transport equation. An expansion in powers of ν/c is used. Zeroth, first and second order approximations are calculated using the Laplace transformation. Up to the second order of approximation, the field causes neither a durable change in plasma density nor a charge separation.Oscillations of four different frequencies appear in the plasma. At a definite frequency of the rotating field there appears a resonance phenomenon in which the amplitude of oscillation increases linearly with t. At resonance the mean energy per ion (in °K) transferred directly to the ionic part of the plasma increases with time as follows: (1/192 π2) (e2m/c4M4k) (H04Hz2/n02) t2. This means, for example, that in an axial field of 104G and a rotating field of amplitude 103G, the time necessary to provide energy corresponding to 108 °K (disregarding losses) is ∼0.3 sec.

日本語訳

外部回転電磁場中の(プラズマ中の)荷電粒子の非相対論的運動について調査する。その場は次の形である:Hx = H0 cos (ωy/c) cos ωt, Hy = H0 cos (ωx/c) sin ωt, Hz = constant, Ex = Ey = 0, Ez = H0 [sin (ωx/c) cos ωt + sin (ωy/c) sin ωt],ただし ωx/c ≪ 1 かつ ωy/c ≪ 1 である。条件 −1 < (eHz/mcω) < −1 + (eH0/mcω)2 が満たされるならば、粒子はZ軸から遠ざかる。粒子エネルギーは ∼H02e22/(mc2k)(°K)であり、ここで はZ軸からの平均距離である。次に、プラズマ自身の電磁場を考慮して、プラズマの運動を調査する。次の輸送方程式を用いる:nm + v ∇⋅v = nq (E + v × H/c) − ∇ψ − nm∇φ + p。仮定は以下の通りである:電子と重陽子が同数からなる密度 ∼1015/cm3 のプラズマ、ω ≤ 1010/sec、H0 ∼ 103 G、ν ≤ 0.1 c。t = 0 では、T = 106 °K かつ ν = 0 であり、空間変数に関するプラズマ密度の微分は輸送方程式の他の項に比べて無視できると仮定する。ν/c のべきによる展開を用いる。0次、1次、2次の近似をラプラス変換を用いて計算する。2次近似までにおいて、この場はプラズマ密度の持続的な変化も電荷分離も引き起こさない。プラズマ中には4つの異なる周波数の振動が現れる。回転場の特定の周波数において、振動の振幅が t に比例して増加する共鳴現象が現れる。共鳴時において、プラズマのイオン部分に直接伝達されるイオン1個あたりの平均エネルギー(°K)は、次のように時間とともに増加する:(1/192 π2) (e2m/c4M4k) (H04Hz2/n02) t2。これは例えば、軸方向磁場 104G と振幅 103G の回転場において、108 °K に相当するエネルギーを供給するのに必要な時間(損失を無視する)は ∼0.3 秒であることを意味する。

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