带电粒子在磁镜中运动的模拟

通过构造一个磁约束磁场来研究带电粒子在该磁场中的运动.通过理论分析和数值计算模拟了磁镜中带电粒子的运动,并将计算结果可视化.     

带电粒子在磁镜场中运动时速度的演变

本文从带电粒子在磁镜场中的受力情况入手,求出了带电粒子速度随时间的演化方式,并直接由粒子的洛伦兹方程出发,阐明了磁镜效应,此方法不需要论证粒子的磁矩守恒,从而更简单明了地阐明了磁镜效应.     

基于MATLAB的地磁场中带电粒子运动模拟分析

依据单粒子轨道理论和偶极磁场模型定性分析中高能带电粒子在近地区域的运动过程,并利用MATLAB对地磁场捕获带电粒子的基本原理进行数值模拟。结果表明,地球的磁镜结构可以将一定角度射入的带电粒子束缚在其中,粒子的漂移运动速度大小取决于粒子的能量,能量越大的粒子其漂移速度越大;磁镜点的磁感应强度大小由粒子的抛射角决定,随着抛射角增大磁镜点的磁感应强度先快速减小然后趋于不变,当抛射角小于1.11°时,带电粒子在反射前将损失在大气层中。     

带电粒子在均匀磁场与三维各向同性谐振子场中运动的双波描述

研究带电粒子在均匀磁场与三维各向同性谐振子场中运动的双波描述,得到了量子结果及其 经典极限,并与纯经典情形比较. 关键词： 双波描述 均匀磁场 谐振子场     

均匀磁场中带电粒子的四类升降算子

用因式分解法求出带电粒子在垂直于均匀磁场的平均面内运动体系的四类升降算子,并了相应的选择定则和守恒量子数。     

带电粒子在磁场中运动规律的可视化研究

针对带电粒子在磁场中的运动规律比较抽象、不容易被学生理解的问题,本文建立了带电粒子在磁场中的运动方程,利用Matlab强大的绘图功能,模拟仿真了带电粒子在磁场中的运动情况,形象地展示了带电粒子在均匀磁场和非均匀磁场中的运动轨迹,帮助学生直观地理解运动规律。仿真条件的多样性,为进一步演示和深入研究带电粒子在不同条件下的运动规律创造了条件,同时,通过数值求解微分方程法,解决了更为复杂的实际问题。通过对磁场的可视化研究,有助于触发学生的想象力,引导学生深入探究物理规律,提高课堂教学效果。     

带电粒子在非均匀磁场中运动的教学设计

从大学物理的教学目的出发,对带电粒子在轴对称非均匀磁场中的运动进行了教学设计．带电粒子在均匀磁场中的运动是基础,分析轴对称非均匀磁场的特点是重点、难点,磁约束概念的讲解是结果．所贯穿的教学方法是问题式的引导,设计的特点是：将物理学中经常用到的处理问题的方法“近似”巧妙地应用到“带电粒子在轴对称非均匀磁场中运动”的分析之中,使复杂问题简单化．     

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在非对称磁镜场微波ECR等离子体中引入了磁电加热系统,研究了电极环大小、轴向位置以及双环加热对离子温度的影响.结果表明,大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度,且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径.电极环轴向位置的选择主要与磁镜场位形有关,将电极环置于磁镜场中部的弱磁场位置时最有利于离子温度的提高.采用双电极环加热能进一步提高离子温度,并且其加热效果是单环加热的两倍.     

Landau系统四类规范不变的升降算符

借助圆心坐标算符和初机械动量算符,给出Landau系统(带电粒子在垂直于均匀磁场平面内的运动)的四类升降算符,并讨论相应的选择定则和守恒量子数 关键词： Landau系统 升降算符     

托卡马克中带电粒子的直接损失问题研究

首次发现了托卡马克中存在迥异于通行粒子和香蕉粒子的第三种粒子, 这种粒子会由于漂移运动而摆脱磁场的约束. 研究了该类粒子在其速度空间上的类磁镜损失锥, 给出了这一损失锥的数学表达式, 分析了存在这一类粒子的物理成因, 模拟与数学分析的结果基本一致. 研究还发现, 回旋半径在二阶条件下带电粒子的轨道损失高于零阶情况, 且与装置参数密切相关.     

均匀磁场中带电粒子的量子运动不违反规范不变原理

通过讨论当哈密顿算符的本征值简并对守恒量完全集的规范变换关系，说明了均匀磁场中带电粒子的量子运动不违反规范不变原理，指出了文献（１）在这个方面上得出错误结论的根源，并分析了朗道态函数在物理上的合理性。     

利用虚光子散射对回旋脉塞自发辐射的分析

利用电磁场变换分析了带电粒子在磁场中的螺旋运动,基于康普顿散射理论和多普勒公式分析了虚光子与带电粒子的康普顿散射,并推导了在磁场中做螺旋运动的带电粒子的自发辐射波长公式.结果表明,当带电粒子在回旋脉塞的磁场中作螺旋运动时,在粒子静止系中可以观察到运动的周期性变化电场和磁场,即运动的虚光子.通过与带电粒子发生康普顿散射,虚光子能够转化为实光子辐射出去.     

磁镜原理简介

本文从分析磁镜的磁场位形出发，通过对带电粒子受力情况分析，说明实现横向约束和纵向约束原理．从而简要论述了磁镜包纳热等离子体的原理．最后对镜比进行了讨论．     

带电粒子在复合场中的运动问题

带电粒子在复合场中的运动能很好的考查学生分析和解决问题的能力,因此它是历年高考的热点,但对于学生来说,往往又是难点. 一般的在重力场,匀强电场及匀强磁场共同构成的复合场空间,带电粒子所受的重力,电场力为恒力;洛伦兹力的决定因素比较复杂.带电粒子在复合场中做什么运动决定于带电粒子所受的合力及初速度.因此在处理复合场中的问题时要把受力情况和运动情况结合起来看. 带电粒子在复合场中的运动主要考虑三种情形:(1)直线运动:(2)竖直平面的匀速圆周运动;(3)复杂的曲线运动(非匀变速曲线运动等).     

离子漩涡--带电粒子在复合场中的运动

带电粒子在复合场中的运动在日常生活中学生难得一见;阴极射线管能很好地向学生展示电子在磁场和电场中的运动.但要演示电子在复合场中的运动时,阴极射线管在操作上存在困难.我们设计的这一实验操作简单、现象明显、说服力强,能很好地向学生展示带电粒子在复合场中的运动.     

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讨论了静态非均匀磁场中的磁场旋度对带电粒子引导中心漂移的影响。运用三维矢量分析的方法,将带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移分为两项,分别由磁场的曲率和磁场的旋度决定。给出了螺旋状环形磁场中由磁场旋度引起的磁场漂移的近似表达式,讨论了该漂移成分对于该磁场中通行粒子轨道和捕获粒子轨道的可能影响。结果表明,带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移主要由磁场的曲率决定,而磁场旋度对该漂移的影响比较微弱。     

磁场旋度对磁场漂移的影响

讨论了静态非均匀磁场中的磁场旋度对带电粒子引导中心漂移的影响。运用三维矢量分析的方法,将带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移分为两项,分别由磁场的曲率和磁场的旋度决定。给出了螺旋状环形磁场中由磁场旋度引起的磁场漂移的近似表达式,讨论了该漂移成分对于该磁场中通行粒子轨道和捕获粒子轨道的可能影响。结果表明,带电粒子垂直于磁场运动所引起的磁场漂移主要由磁场的曲率决定,而磁场旋度对该漂移的影响比较微弱。     

圆对称环域Josephson结中准磁通量子激发对外磁场的依赖关系

本文研究了在外磁场中圆对称环域Josephson结的环形准磁通量子运动.准磁通量子的激发对外磁场的依赖关系与结的几何尺寸有关.对结宽度αγ₀-γ₀=5λ_J的环域结,外磁场使准磁通量子的寿命增加;对αγ₀-γ₀=10λ_J的环域结,外磁场除了产生上述效应外,还影响准磁通量子运动的细节.外磁场还使第一零场台阶向低驱动电流方向扩展.无疑地,这些变化是与外磁场在结中的不均匀分布密切相关.本文同时讨论了可调Josephson振荡器的一个合理方案.     

均匀带电细棒和带电圆环电场的计算机模拟

为了可以更直观地观察带电粒子在复杂电场中的运动轨迹以及描述电场的空间分布,本文基于库仑定律和电场叠加原理,应用VPython软件,对均匀带电有限长细直棒和均匀带电圆环的电场的空间分布进行了可视化模拟;并模拟探究了带电粒子在带电圆环电场中的运动形式,对于简单的周期性运动,我们在理论上计算了带电粒子运动周期,并与模拟的结果相比较做了相关的讨论;模拟探究了带电粒子多种复杂的运动形式,预测了带电粒子在圆环电场中运动可能出现的混沌现象。     

对一道范艾伦辐射带试题的深入分析及可视化仿真研究

北京市丰台区2021届高三上学期物理期末试题有一道题目提到这样一个有趣的现象,来自外层空间的大量带电粒子进入地磁场影响范围后,粒子将绕地磁感线做螺旋运动,形成范艾伦辐射带.运用磁镜理论对带电粒子在地磁场中的运动进行理论分析,再运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对范艾伦辐射带现象进行可视化仿真,有效解决了学生对这道题目产生的种种疑惑.