تيار التمغنط

وتنتهي الحركة الحرارية المعامدة للحقل المغنطيسي في البلازما الممغنطة الى حركة دوران سيكلترونية. فكل جسيمة مشحونة تدور مولدة تيار دائريا في مستو متعامد على الحقل المغنطيسي . يتمتع هذا التيار الدائري كما سبق ان رأينا بعزم مغنطيسي لذا يسمى بتيار التمغنط ويسمى بطريقة اخرى بالتيار السيكلتروني او اللارمري. وتدور الايونات والالكتورنات باتجاهين مختلفين ولكن تياراهما يجمعان مع بعضهما ولقد تم قبول اتجاه التيار من اتجاه حركة الشحنة الموجبة.

يثار تيار المغنطة بالحقل المغنطيسي الخارجي ولكن هذا التيار يثير حقلا مغنطيسيا باتجاه معاكس الشيء الذي يضعف شدة الحقل الخارجي. لذلك عند غياب التيارات الاخرى تسلك البلازما سلوك وسط ديامغنطيسي (مغنطيسية معاكسة) واحيانا يدعى تيار المغنطة هذا بالتيار الديامغنطيسي ايضا. غير انه بالاضافة الى هذا التيار يمكن ان تمر بالبلازما ايضا تيارات الانجراف وتيارات الناقلية التي تسلك حقولها المغنطيسية سلوكا مغاير . فمثلا يمكن يولد تيار الناقلية في بعض الحالات من جراء التصادم اللامتناحي حقلا مغنطيسيا متجها بنفس اتجاه الحقل الخارجي . وفي مثل هذه الحالات يمكن التحدث شرطيا عن بارا مغنطيسية البلازما (مغنطيسية مسايرة).

لا يظهر تيار المغنطة في البلازما المتجانسة الا من حيث عزمه المغنطيسي، والسبب في ذلك واضح من (الشكل 1) ففي كل موضع منها تدب الاجزاء العلوية في صف من الدوائر السيكلترونية وتدب الاجزاء السفلية منه في صف دوائر اخرى، ويكون اتجاه التيار في الاجزاء العلوية معاكس له في السفلية. وتصبح محصلة التيار الكلي للمغنطة معدومة في البلازما المتجانسة. وتختلف الصورة فيما اذا كانت كثافة الدوائر او انصاف اقطارها موزعة بشكل غير متجانس في الفراغ (انظر الشكل 1b) عندئذ لن تكون التيارات في كل موضع من البلازما المارة في الاجزاء العلوية منها مساوية لها الدوائر السيكلترونية السفلية وسوف يعطي الفرق بين التيارين تيار المغنطة المحصل . اما كثافة الدوائر فليست سوى كثافة البلازما. وتوقف نصف قطر الدوائر على درجة حرارة البلازما وعلى شدة الحقل المغنطيسي . واذا ما تغيرت هذه المقادير (او اي منها) باتجاه متعامد على الحقل المغنطيسي فانه سوف يمر في البلازما تيار مغنطة يعامد الحقل المغنطيسي كما يعامد الاتجاه الذي تتغير وفقه صفات البلازما . فتيار المغنطة الكلي غير المعدوم عو صفة مميزة للبلازما غير المتجانسة.

الشكل 1 – منشأ تيار المغنطة.a- بلازما متجانسة. b – بلازما غير متجانسة.

اذا ما احتسبت التيارات المارة في انصاف الدوائر السيكلترونية العلوية والسفلية فانه من اجل الكثافة الكلية لتيار المغنطة يكون:

حيث n كثافة الجسيمات، μ العزم المغنطيسي للمدار، x المسافة المعامدة للحقل، التي يتغير فيها المقدار mμ. ويكون تيار المغنطة متعامدا مع اتجاه الحقل المغنطيسي ومع الاتجاه x. وفي الصيغة الشعاعية يكون :

حيث u شعاع العزم المغنطيسي المتجه وفق محور الدائرة السيكلترونية .وهكذا يتعين مقدار تيار المغنطة  `j_mمن سرعة تغير المقدار nμ في الفراغ . ما قمنا بكتابته الان هو تيار المغنطة الناشيء عن جسيمات من نوع واحد وبقيمة محدودة للعوم المغنطيسي للمدار ولكي يحصل على تيار المغنطة الكلي يلوم جمع كل التيارات الناشئة عن الجسيمات من مختلف الانواع اذا بدلنا القيمة:

= MƲ_┴ ² / 2Hμ 

واعتبرنا البلازما موجودة في توازن حراري حيث يكون:

2= T_┴ /    MƲ_┴ ²

فان:

وتجمع الضغوط الناجمة عن جسيمات مختلفة النوع.

وهكذا من اجل البلازما الحرارية غير المتجانسة يساوي التيار الكلي للمغنطة الى :

او في الصيغة الشعاعية:

اذا كان الحقل المغنطيسي متجه نحونا والمقدار H. /  P_┴  (او nμ) بتزايد نحو الاعلى فان تيار المغنطة يكون متجها نحو اليسار كما هو مبين في الشكل 1b.

وعندما يكون للمقدارين  الاشارة ذاتها يكون للتيار الناجم عن الانجراف التدريجي ولتيار المغنطة اتجاه واحد.