
【化】 magnetic trap
magnetism
trap
磁阱(magnetic trap)是物理學和工程學中利用磁場梯度約束帶電粒子或中性原子的裝置。其英文對應術語為"magnetic trap"或"magnetic confinement",常見于等離子體物理與量子力學領域。
從物理原理分析,磁阱通過構建非均勻磁場環境産生磁鏡效應,使帶電粒子在磁場強度遞增區域發生螺旋運動反射。根據《物理學名詞》第三版定義,該現象被稱為"磁鏡約束"。對于中性原子的約束,則需借助塞曼效應與交變磁場實現。
實際應用主要包括:
該術語在《英漢技術詞典》中被規範翻譯為"magnetic trap",與"magnetic bottle"(磁瓶)構成近義詞關系。中國科學院物理研究所的術語數據庫特别指出,現代磁阱技術已發展出多種構型,包括四極磁阱、Ioffe阱等專業化設計。
主要參考來源:
磁阱是一種利用磁場梯度限制帶電或中性粒子運動的物理裝置,其核心原理是通過非均勻磁場形成勢能陷阱。以下是其關鍵要點:
磁場梯度約束
磁阱通過空間變化的磁場(非均勻磁場)産生勢能最低點,使粒子受磁場力作用被束縛在特定區域。對于帶電粒子,洛倫茲力公式為:
$$mathbf{F} = q(mathbf{v} times mathbf{B})$$
其中,( q )為電荷量,( mathbf{v} )為速度,( mathbf{B} )為磁場強度。
中性粒子的約束
中性原子或分子通過磁矩與磁場的相互作用被束縛。例如,在冷原子實驗中,磁光阱(MOT)利用梯度磁場和塞曼效應,使原子在中心區域被冷卻并捕獲。
Loffe-Pritchard磁阱
通過四根對稱排列的通電導線(如中的正方形布局),在中心區域形成磁場極小值點,用于約束帶電粒子或中性原子。
靜磁阱設計
如所述,靜磁阱通過特定電流組态(如環形線圈、反亥姆霍茲線圈等)産生非均勻磁場,適用于核聚變研究或量子實驗中的粒子囚禁。
磁阱的設計需平衡磁場梯度與粒子動能,避免粒子逃逸。不同結構的磁阱(如四極阱、Ioffe阱)適用于不同實驗需求,具體參數可通過磁場分布公式優化。
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