Пинч-эффект

Пинч (англ. pinch — сужение, сжатие) — эффект сжатия токового канала под действием магнитного поля, индуцированного самим током. Сильный ток, протекающий в плазме, твёрдом или жидком металле, создаёт магнитное поле. Оно действует на заряженные частицы (электроны и/или ионы), что может сильно изменить распределение тока. При больших токах сила Лоренца приводит к деформации проводящего канала, вплоть до разрушения. В природе наблюдается в молниях .

История

Впервые в эксперименте эффект наблюдал нидерландский физик Мартин ван-Марум в 1790 году, разряжая лейденские банки через металлический провод. Объяснения этот эксперимент не получил до 1905 года.

Явление описано У. X. Беннеттом в 1934 применительно к потокам быстрых заряженных частиц в газоразрядной плазме.

Реализация

При рассмотрении одномерного тока ${\vec {J}}$, направленного вдоль оси цилиндра (z-пинч), магнитное поле имеет только угловую компоненту ${\vec {B}}=B_{\theta }(r){\hat {\theta }}$, что позволяет удерживать траектории заряженных частиц вблизи оси цилиндра. По закону Ампера:

$\nabla \times {\vec {B}}=\mu _{0}{\vec {J}}$

в цилиндрических координатах

$\mu _{0}{\vec {J}}={\frac {1}{r}}{\frac {d}{dr}}(rB_{\theta }){\hat {z}}$

См. также

• Уравнение Грэда — Шафранова
• Z-машина

Литература

• Арцимович Л. А. 7.4 Пинч-эффект // Элементарная физика плазмы. — 3-е изд. — М.: Атомиздат, 1969. — С. 151—158. — 189 с.
• Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 2: Магнитная гидродинамика. — 3-е изд. — СПб.: Лань, 2021. — 446 с. — ISBN 978-5-8114-6933-8.

• Вихрев В. В., Иванов В. В., Прут В. В. Моделирование радиационного сжатия Z-ПИhЧa. М.: ИАЭ, 1983. — 21 с. : граф.; 21 см.