4. Ток намагничивания

В неоднородной плазме, кроме тока проводимости и дрейфовых токов, имеется ещё один механизм возникновения электрического тока, связанный с пространственной неоднородностью. Возникающий от этого ток называется током намагничивания.

Вращение заряженных частиц вокруг силовых линий создаёт магнитный момент орбиты, величина которого определяется по формуле:

, (9) векторная запись магнитного момента циклотронной орбиты:

, (10) то есть магнитный момент направлен противоположно внешнему магнитному полю. Таким образом, циклотронное вращение создаёт диамагнетизм плазмы, то есть магнитное поле, создаваемое циклотронным вращением, всегда ослабляет внешнее поле. Магнитная индукция внутри плазмы:

, где – внешнее магнитное поле; – поле, вызванное циклотронным вращением.

Как известно из электродинамики:

, где – магнитная восприимчивость плазмы:

, (11) здесь величина – есть магнитный момент единицы объёма. Таким образом, для можно получить выражение:

.

Если намагничивание плазмы постоянно во времени, но меняется в пространстве, то, согласно уравнению Максвелла, с полем связан ток:

. (13)

Учитывая (10), получим:

. (14)

Этот ток называют током намагничивания или диамагнитным (циклотронным) током. Существование тока намагничивания является важным свойством неоднородной плазмы.

В однородной плазме циклотронные токи всех частиц погашаются. Это погашение происходит не от квазинейтральности, а от однородности. Частицы разных знаков вращаются в противоположных направлениях и, следовательно, дают круговые токи одинакового направления. Магнитные моменты и циклотронные токи электронов и ионов не погашаются, а складываются. Но однородность плазмы приводит к взаимному погашению циклотронных токов, переносимых частицами, находящихся в разных точках пространства, независимо от знака.

В неоднородной плазме погашения не будет, возникает ток намагничивания. На рисунке представлено возникновение тока намагничивания, обусловленное неоднородностью концентрации частиц. Аналогичный результат получится и от неоднородности поперечной скорости или магнитного поля.