
【化】 magnetic trap
magnetism
trap
磁阱(magnetic trap)是物理学和工程学中利用磁场梯度约束带电粒子或中性原子的装置。其英文对应术语为"magnetic trap"或"magnetic confinement",常见于等离子体物理与量子力学领域。
从物理原理分析,磁阱通过构建非均匀磁场环境产生磁镜效应,使带电粒子在磁场强度递增区域发生螺旋运动反射。根据《物理学名词》第三版定义,该现象被称为"磁镜约束"。对于中性原子的约束,则需借助塞曼效应与交变磁场实现。
实际应用主要包括:
该术语在《英汉技术词典》中被规范翻译为"magnetic trap",与"magnetic bottle"(磁瓶)构成近义词关系。中国科学院物理研究所的术语数据库特别指出,现代磁阱技术已发展出多种构型,包括四极磁阱、Ioffe阱等专业化设计。
主要参考来源:
磁阱是一种利用磁场梯度限制带电或中性粒子运动的物理装置,其核心原理是通过非均匀磁场形成势能陷阱。以下是其关键要点:
磁场梯度约束
磁阱通过空间变化的磁场(非均匀磁场)产生势能最低点,使粒子受磁场力作用被束缚在特定区域。对于带电粒子,洛伦兹力公式为:
$$mathbf{F} = q(mathbf{v} times mathbf{B})$$
其中,( q )为电荷量,( mathbf{v} )为速度,( mathbf{B} )为磁场强度。
中性粒子的约束
中性原子或分子通过磁矩与磁场的相互作用被束缚。例如,在冷原子实验中,磁光阱(MOT)利用梯度磁场和塞曼效应,使原子在中心区域被冷却并捕获。
Loffe-Pritchard磁阱
通过四根对称排列的通电导线(如中的正方形布局),在中心区域形成磁场极小值点,用于约束带电粒子或中性原子。
静磁阱设计
如所述,静磁阱通过特定电流组态(如环形线圈、反亥姆霍兹线圈等)产生非均匀磁场,适用于核聚变研究或量子实验中的粒子囚禁。
磁阱的设计需平衡磁场梯度与粒子动能,避免粒子逃逸。不同结构的磁阱(如四极阱、Ioffe阱)适用于不同实验需求,具体参数可通过磁场分布公式优化。
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