帶電粒子的迴旋運動

帶電粒子的迴旋運動（cyclotron gyration of a charged particle）是指帶電粒子在恆定磁場中繞磁力線所作的勻速圓周運動。一個電量為q、質量為m和速度為v的粒子，在均勻恆定磁場B中運動時，要受到洛倫茲力 F=qv×B的作用，作用力F的方向垂直於速度v和磁場B的方向，數值為 qv_⊥B，v_⊥是速度v在垂直於磁場方向上的分量。這個力只能改變速度的 方向，不改變速度的數值。又稱迴旋運動或拉莫爾運動。

基本介紹

• 中文名：帶電粒子的迴旋運動
• 領域：物理
• 成分：帶電粒子
• 性質：迴旋運動

原理

粒子圍繞磁力線迴轉的頻率ω_c。稱為迴旋頻率或拉莫爾頻率。迴旋運動的方向與粒子所帶電荷的正負號有關。對於一個確定的粒子，磁場越強迴旋頻率越高；質量越大迴旋頻率越小。迴旋運動的軌跡是一個圓，稱為拉莫爾圓。其半徑r_c稱為迴旋半徑或拉莫爾半徑，其值為：

r_c=v_⊥/ω_c=mv₁/qB

由公式可以看到，帶電量相等但質量不同的兩種粒子，如果它們的速度相同，所處的磁場也相同，則拉莫爾半徑與粒子質量成正比。經常利用這一原理製成質譜儀器。對於具有一定速度的帶電粒子，磁場越強拉莫爾半徑越小。因此，利用足夠強的磁場，就能將帶電粒子約束在磁力線的周圍。這種帶電粒子能被磁場約束的特性，啟發人們設計了各種用於受控熱核聚變研究的磁約束裝置。粒子沿磁力線方向的運動不受磁場的影響，以速度v_‖（速度v在磁場方向的分量）作勻速運動。在一般情形中，粒子在磁場中的運動是由兩部分組成的，即由沿磁力線方向的勻速直線運動和圍繞磁力線的勻速圓周運動兩部分合成。合成運動的軌跡是以磁力線為軸的螺旋軌道。粒子沿磁力線方向自由運動這一特性，導致了受控熱核聚變研究的一些磁力線不閉合系統（稱為開端系統）中，粒子沿磁力線從系統終端的逃逸（稱為終端損失）。為了避免這種損失便把磁力線閉合起來，從而設計出一些環型裝置，如托卡馬克等。

特性

處於磁場中的帶電粒子繞磁力線作圓周運動，它們形成了一個個“小電流環”，正負電荷旋轉的方向相反，但形成的電流方向是相同的。大量帶電粒子繞磁力線的迴旋運動，其總效應是形成一個環向電流。這個電流能產生感應磁場，其方向正好與原磁場B相反，起著“抵消”或“反抗”原磁場的作用，這種特性稱為抗磁性，因此可把電漿看成磁介質。