磁镜 磁镜是由两个电流方向相同的线圈以中轴重合的方式排列形成的一种磁场构形磁场在每个线圈的中心处最强在线圈中间最弱带电粒子在磁镜场中运动时粒子的磁矩是一定的在磁场强的地方粒子垂直于磁场方向的速度分量变大由于磁场不对粒子做功粒子的总动能不变因此平行于磁场方向的速度分量会相应变小动能小的粒子会完全失去平行方向的速度这样就会被磁场反射朝着相反的方向运动当运动到另外一侧时又会被再次反射这样粒子就会在两个线圈之间来回运动如同光在两面镜子之间反射因此得名磁镜 对于一个给定的磁镜场每个线圈中心的磁场强度为Bm两个线圈中间处磁场为B粒子能够被磁镜束缚的条件为 v    B   v   B m displaystyle frac vperp Bfrac vBm 即 sin   θ m  v    v    B  B m   R m displaystyle sin theta mfrac vperp vfrac BBmfrac Rm 其中vv分别是粒子在B处垂直于磁场的速度分量和总速率 R m  B m  B  displaystyle RmBmB 称为磁镜比θm是线圈中间垂直于轴线的平面上粒子的运动速度与磁感线夹角的临界值夹角小于此值的粒子能够通过线圈逃逸出磁镜大于此值的粒子会被磁镜束缚在等离子体的速度分布图上会出现顶角为θm的损失锥锥内的粒子会逃逸出磁镜锥外的粒子被磁镜所束缚磁镜比越大损失锥越尖锐磁镜的束缚性能更好 在受控核聚变托卡马克装置中经常使用磁镜装置用于约束等离子体磁镜还可以加速带电粒子如果令两个线圈的距离逐渐靠近粒子反射时可以逐渐获得能量这种加速机制可以解释宇宙中存在的高能粒子称为费米加速 地磁场呈现出两极强赤道弱的分布形成了一个天然磁镜外层空间的带电粒子进入地磁场后将在地磁场的约束下绕地球磁感线做螺旋运动并在两极间反射形成一个电磁辐射带年物理学家范阿伦通过分析人造卫星收集的数据发现了电磁辐射带的存在于是该电磁辐射带又被称为范阿伦辐射带有时范阿伦辐射带中的带电粒子因空间磁场的变化而在两极附近进入地球大气层引起极光