Пинч-эффект

Пинч-эффект — явление сжатия плазмы или проводящего газа под воздействием собственного магнитного поля, создаваемого электрическим током, протекающим через этот газ.

Физическая природа

Когда через проводящую среду (например, ионизированный газ — плазму) проходит ток, вокруг нее возникает магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует с током, создавая силу Лоренца, которая стремится сжать среду в направлении оси тока. Это сжатие и называется пинч-эффектом.

  • Пинч-эффект проявляется, когда магнитное давление превышает внутреннее давление плазмы.
  • Типичный пинч — циллиндрический, при котором плазма сжимается вдоль оси цилиндра.

Виды пинчей

  • Токовый пинч — сжатие плазмы за счёт магнитного поля, создаваемого собственным током.
  • Магнитный пинч — используется внешнее магнитное поле для сжатия плазмы.
  • З-пинч — ток течёт вдоль оси цилиндра, создавая магнитное поле, сжимающее плазму радиально внутрь.
  • Θ-пинч — ток течёт по окружности, а магнитное поле направлено вдоль оси.

Математическое описание

Магнитное давление, которое вызывает сжатие, задаётся формулой:

$$ P_{маг} = \frac{B^2}{2\mu_0} $$

где B — магнитная индукция, μ0 — магнитная постоянная.

Баланс между магнитным давлением и давлением плазмы Pплазмы определяет устойчивость пинча:

Pплазмы = Pмаг

Практическое значение

  • Пинч-эффект играет ключевую роль в управляемом термоядерном синтезе — сжатие плазмы необходимо для достижения условий горения термоядерного топлива.
  • Используется в плазменных разрядах и источниках сильного магнитного поля.
  • В астрофизике помогает объяснять процессы сжатия плазмы в звёздах и магнитосферах.

Проблемы устойчивости

Пинч-эффекты подвержены различным видам неустойчивостей, например:

  • Кинематические (например, сдвиговые)
  • Магнитные (например, кручения и изгиба)

Для поддержания стабильности пинча применяются методы магнитного управления и динамического сжатия.

Оглавление