
n. 旋磁共振;回转共振;[等离子] 回旋共振
n.|gyromagnetic resonance/cyclotron resonance;[等离子]旋磁共振;回转共振;回旋共振
旋磁共振(Gyroresonance) 是指带电粒子(如电子或离子)在恒定磁场中作回旋运动时,其固有的回旋频率与入射电磁波的频率发生匹配,从而发生强烈能量交换的物理现象。该效应是等离子体物理学和天体物理学中的核心概念之一,尤其在磁约束聚变、空间等离子体及太阳射电辐射研究中至关重要。
带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用,会围绕磁力线作螺旋运动,其回旋频率(又称拉莫尔频率)由粒子质量 (m)、电荷量 (q) 和磁场强度 (B) 决定: $$ omega_c = frac{|q|B}{m} $$ 当电磁波的频率 (omega) 满足 (omega = nomega_c)((n) 为整数,通常取1,2,3…)时,粒子与波发生共振。此时波的电场分量持续对粒子做功,导致粒子垂直于磁场的动能显著增加,或使电磁波能量被强烈吸收/发射。
电子回旋共振(ECR)
发生于电磁波频率等于电子回旋频率((omega = omega_{ce}))。电子质量小,回旋频率高(例如在1特斯拉磁场中约为28 GHz),常用于等离子体加热(如核聚变装置)和电离气体维持(如ECR离子源)。
离子回旋共振(ICR)
对应离子回旋频率((omega = omega_{ci}))。离子质量大,共振频率较低(如质子在同一磁场中约为15 MHz),是磁约束聚变中离子加热的主要手段。
在太阳物理学中,旋磁共振是解释太阳耀斑射电爆发的重要机制。当电磁波在太阳日冕强磁场(数百至数千高斯)中传播时,高频射电波(微波至远红外波段)可在特定磁层高度发生共振吸收,形成具有偏振特性的辐射谱,为反演日冕磁场强度提供诊断依据(参见经典模型如Alfvén波传播理论)。
共振时,粒子从波场中获得能量,运动轨道半径增大,表现为垂直温度升高。该过程满足绝热不变量守恒:磁矩 (mu = frac{m v_perp}{2B}) 近似保持不变,而 (v_perp)(垂直速度)的增大直接关联能量吸收效率。
权威参考文献:
“gyroresonance”是一个物理学术语,由“gyro”(回转/旋转)和“resonance”(共振)组合而成,具体含义如下:
基本定义
指旋磁共振或回旋共振,常见于电磁场与带电粒子相互作用的场景。例如,当带电粒子(如电子)在磁场中做回旋运动时,若外界电磁波的频率与其回旋频率匹配,就会产生共振现象,导致能量交换。
物理机制
该现象与粒子的回旋运动密切相关。在恒定磁场中,带电粒子的回旋频率为:
$$
f_c = frac{qB}{2pi m}
$$
其中,( q )为电荷量,( B )为磁感应强度,( m )为粒子质量。当电磁波频率等于( f_c )或其整数倍时,发生共振。
应用领域
常见于等离子体物理、磁约束核聚变、天体物理(如射电波与星际等离子体相互作用)等领域。
其他说明
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