MATIÈRE (physique)Plasmas

Plasmas magnétisés

Tout champ magnétique dans lequel se trouve plongé le plasma tend à incurver les trajectoires des particules chargées, qui s'enroulent autour du champ avec une vitesse angulaire appelée fréquence cyclotron, ω_b = qB/m, où q et m sont respectivement la charge électrique (en module) et la masse de la particule. Les électrons et les ions tournent en sens opposés, avec un rayon de giration noté r_L et appelé rayon de Larmor, égal au rapport entre la composante v_⊥ de la vitesse, composante perpendiculaire à la direction du champ magnétique, et la fréquence cyclotron, soit r_L = v_⊥/ω_b. Compte tenu des masses respectives, les ions ont un rayon de Larmor bien supérieur à celui des électrons. Si le plasma est également le siège d'un champ électrique E (ou de toute inhomogénéité caractérisée par une direction n), les particules chargées tendent à dériver suivant la direction perpendiculaire à la fois à B et à E (ou n). Ainsi, la vitesse de dérive électrique vaut (pour E < B) v = E × B/B², indépendamment de la charge et de la masse de la particule. Si le champ magnétique varie le long d'une ligne de champ (on désigne ainsi les lignes fictives qui épousent localement la direction du champ magnétique, encore appelées lignes de force), le mouvement hélicoïdal est modifié de telle façon que le moment magnétique associé au mouvement circulaire de la particule, μ = 1/2 (mv_⊥²/B) reste approximativement conservé, si toutefois la particule ne subit pas de collision.

Les champs électrique et magnétique gouvernent les trajectoires des particules chargées. En retour, l'évolution de ces champs est déterminée par les charges et les courants portés par ces particules. L'évolution des plasmas magnétisés peut être décrite par les équations de la magnétohydrodynamique. Celles-ci permettent, par exemple, de montrer qu'en l'absence de collisions les lignes de force du champ magnétique sont emmenées par les électrons du plasma en écoulement. On dit que le champ magnétique est gelé dans le fluide électronique. En présence de collisions, le champ magnétique tend à diffuser spatiale [...]

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