Others 플라즈마와 자기장의 관계

2004.06.19 16:55

관리자 조회 수:26428 추천:424

플라즈마와 자기장의 관계다시 말하면 자기장 내에서의 플라즈마의 거동에 관하여 질문하셨습니다. 우선 플라즈마는 하전 상태로 보면 음전하의 전자와 양전하의 이온으로 구성되여 있으며 이들은 전자기장내에서는 전기력과 자기력의 합임 Lorentz force F=q(E+v*B)의힘을 받고 있습니다. 따라서 자기장이 형성되어 있는 공간내에서는 자기력을 받아 하전입자들은 운동을 하게 됩니다. 자세히 보면 자기력의 그성 성분에 자신의 속도 성분과 자기장이 서로 vertor적의 cross product를 합니다. 이는 회전력을 의미하여 마치 소용돌이 같은 운동을 생각하면 됩니다. 이는 전기력에서 전기장의 방향을 따라서 전하가 움직이는 것과는 다른 운동이 됩니다. 이러한 회전 운동은 입자들이 열운동으로 퍼져나가는 것을 제어하게 되어서 자기장 하에서 하전 입자들이 구속되게 되는 것 입니다. 또한 이러한 구속을 효율적으로 하기위해서 자기장의 방향과 세기를 조절할 필료가 있을 것입니다. 이러한 자기장을 플라즈마에 인가하는 방법으로는 전자석을 쓰는 방법과 영구자석을 쓰는 두가지 방법이 있습니다. 영구자석을 쓰는 방법은 방법적으로 쉽고 공간을 적게 차지하나 균일한 자기장을 만들기가 어렵고 자기장의 세기가 한정되어 있습니다. 반면 전자석을 쓰는 경우는 외부 코일을 장착하는 등의 제한이 많
이 있으나 자기장의 방향 혹은 분포를 자유롭게 조절할수 있다는 장점이 있게 됩니다.
Radius (gyroradius)=질량*속도/(전하량*자기장의 세기)이므로 자기장의 세기에 따라 반경은 변하며 전자의 반경가 이온의 반경은 질량비 만큼 전자의 경우가 작습니다. 또한 회전주기(gyrofrequency)=입자 속도/반경=전하량*자기장/질량 으로 표시되어 반경이 작은 전자의 경우 회전주기는 반대로 매우 빠르게 됩니다. 일잔적으로 반응기의 특정 dimension과 비교해서 회전 반경의 트기가 작게되면, 즉 magnetron의 dimension과 비교해서 전자의 회전 반경과 이온의 회전 반경이 모두 작다면 이때 플라즈마는 자화되어 있다고 합니다. 하지만 자기장이 약한 조건에서는 전자는 자화되고 이온은 자화되지 않은 경우도 많이 있으며 이때 이온들의 운동은 자기장에 의해서 크게 영향을 받게되지 않습니다.(이는 자기장을 효과적으로 사용할 수 있는 여부를 결정합니다.) 반면 대부분의 겅우 전자는 자화되는 경우가 많습니다. 한가지 더 말씀드릴 것은 특히 마그네트론에서는 E*B deift가 중요한데 이는 위의 Lorentz식 으로 부터 전자기장이 서로 수직으로 인가된 경우 자기장 속에서 회전 운동을 하는 하전 입자들은 전기장에 의해서 가속ㅈ받기도 하고 반대 위상에서는 감속 받기도 하여 결국 이들 입자들의 전체적인 거동은 E*B방향으로 움직이게 됩니다. 이는 마그네트론 표면을 따라서 플라즈마들이 움직이는 효과를 주고 이 방향으로 플라즈마가 잘 분포되게 되어 효유을 증대시킵니다. 이느 마그네트론 장치의 흉내에서 하전입자들이 하는 행동입니다.  

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