Плазма в магнитном поле.

При наложении магнитного поля траектории заряженных частиц становятся направленными. Свободная частица движется по винтовой линии, накрученной на вектор напряженности магнитного поля. Смещения поперек силовых линий происходят лишь под действием соударений.

Рис. 208а.

При высокой температуре и сильном поле заряженная частица не может покинуть область магнитного поля.

Наложение магнитного поля на плазму приводит к тому, что плазма оказывается сжатой электродинамическим давлением. На рис. 208а показан поперечный разрез плазменного столба (1 — стенка камеры, -вакуум, 3 — плазма). Траектории электронов представляются кольцевыми, если смотреть вдоль поля. Можно считать, что эти токи складываются в один круговой поверхностный ток.

При таком расположении тока и поля, согласно стр. 242, возникает сила, направленная внутрь столба. Величина бокового давления будет равна, согласно § 119, значению плотности электромагнитной энергии, которое в нашем случае равно (если считать, что напряженность поля внутри плазмы сводится к нулю полями кольцевых токов). Это давление уравновешивает газовое давление плазмы, которое в отсутствие поля привело бы к немедленному расширению плазмы.

С эффектом давления магнитного поля были связаны надежды длительного удержания горячей плазмы в концентрированном состоянии. Практическое значение этой возможности станет очевидным, если ознакомиться с термоядерными реакциями. Как указано

в § 218, температуры порядка 108 К, если бы они оказались осуществленными, привели бы к созданию термоядерного реактора со всеми отсюда вытекающими последствиями для энергетики будущего.

При сильном газовом разряде электродинамическая сила приводит к образованию узкого плазменного шнура, оторванного от стенок разрядной трубки.

Уравнение может быть переписано следующим образом. Допустим, что ионная и электронная температуры равны друг другу, тогда

Здесь концентрация частиц. Полагая, что шнур имеет форму цилиндра радиуса и считая, что происходит скин-эффект, можем для напряженности магнитного поля на поверхности цилиндра записать формулу

Обозначая число электронов на единицу длины — через получим

формула записана для силы тока, измеряемой в амперах.

Если начальное давление водорода радиус трубки 10 см и сила разрядного тока 5-105 А, то температура плазмы окажется равной 2 млн. градусов.