1. Threshold speed for two-dimensional confinement of charged particles in certain axisymmetric magnetic fields
- Author
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Kabin, K., Kalugin, G., Spanswick, E., and Donovan, E.
- Subjects
Magnetic fields -- Properties ,Velocity -- Measurement ,Particulate matter -- Properties ,Physics - Abstract
In this paper we discuss conditions under which charged particles are confined by an axisymmetric longitudinal magnetic field with power law dependence on the radius. We derive a transcendental equation for the critical speed corresponding to the threshold between bounded and unbounded trajectories of the particles. This threshold speed shows strong dependence on the direction, and this dependence becomes more prominent as the exponent of the power law increases. The equation for threshold speed can be solved exactly for several specific values of the power exponent, but in general it requires a numerical treatment. Remarkably, if the magnetic field magnitude decreases more slowly than the inverse of the radius, charged particles remain confined no matter how large their energies may be. Key words: particle orbit theory, motion in magnetic field, escape velocity, transcendental equation, power law. Nous discutons les conditions sous lesquelles les particules chargees sont confinees par un champ magnetique longitudinal axisymetrique avec une dependance radiale en loi de puissance. Nous derivons une equation transcendantale pour la vitesse critique correspondante au seuil entre les trajectoires liees et les trajectoires libres des particules. La vitesse de seuil montre une forte dependance sur la direction et cette dependance devient plus importante lorsque l'exposant de la loi de puissance augmente. L'equation pour la vitesse de seuil peut etre solutionnee exactement pour plusieurs valeurs specifiques de l'exposant, mais en general, la solution est numerique. Il est remarquable de constater que si la magnitude du champ magnetique diminue plus lentement que l'inverse du rayon, la particule chargee reste confiner, quelle que soit son energie. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : theorie orbitale des particules, mouvement dans un champ magnetique, vitesse de liberation ou d'echappement, equation transcendantale, loi de puissance., 1. Introduction Investigating trajectories of objects in various circumstances is one of the oldest and most fundamental problems of classical mechanics. A particular example of this problem, namely, motion of [...]
- Published
- 2018
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