Material de aprofundare — nivel universitar, cu deschidere spre fizica plasmei.
1. Forța Lorentz completă și mișcarea elicoidală
Forma generală: \[ \vec F = q\,(\vec E + \vec v \times \vec B) \] În câmp magnetic uniform, componenta vitezei perpendiculară pe \(\vec B\) descrie un cerc cu raza Larmor și frecvența ciclotronică: \[ r_L = \frac{m v_\perp}{|q| B}, \qquad \omega_c = \frac{|q| B}{m} \] iar componenta paralelă rămâne liberă: traiectoria generică este o elice înfășurată pe linia de câmp. Aceasta este imaginea fundamentală a fizicii plasmei: particulele încărcate sunt „mărgele pe sârmă” — se mișcă liber de-a lungul liniilor de câmp, dar transversal sunt legate de ele pe cercuri de rază \(r_L\). Într-un tokamak cu \(B = 5\) T, un deuteron de 10 keV are \(r_L \sim 4\) mm: plasma de milioane de grade este „împletită” pe liniile de câmp cu precizie milimetrică.
2. De ce torul: topologia confinării
Un solenoid drept pierde particulele pe la capete; soluția radicală este să nu mai existe capete — liniile de câmp se închid într-un tor. Dar un câmp pur toroidal e neomogen (\(B \propto 1/R\)), iar neomogenitatea și curbura produc derive lente care separă sarcinile și strică echilibrul. Remediul tokamakului: un curent de milioane de amperi prin plasmă adaugă o componentă poloidală, iar liniile de câmp rezultante se înfășoară elicoidal pe suprafețe toroidale imbricate — deriva se compensează în medie. Raportul înfășurării, „factorul de siguranță” \(q\), controlează stabilitatea: la valori nepotrivite plasma dezvoltă instabilități violente (disruptii). Exact acest echilibru fragil îl menține, la TCV, rețeaua neuronală DeepMind de la Pasul 16.
3. Oglinzile magnetice
Într-un câmp care se îndesește, invarianța adiabatică a momentului magnetic \(\mu = \dfrac{m v_\perp^2}{2B}\) forțează creșterea lui \(v_\perp\) pe seama lui \(v_\parallel\): particula încetinește longitudinal și, dacă „unghiul de atac” inițial e suficient, se reflectă — oglindă magnetică. Pe acest mecanism funcționează centurile de radiații Van Allen ale Pământului, care captează particulele vântului solar între două „oglinzi” polare — confinare magnetică naturală, la scară planetară.
4. Spectrometria de masă, cantitativ
După accelerarea la energia \(qU\) și curbarea pe raza \(r = \dfrac{mv}{qB}\), eliminarea vitezei dă \[ \frac{m}{q} = \frac{B^2 r^2}{2U} \] — masa se citește direct din geometrie și câmpuri. Rezoluțiile moderne disting \(\Delta m / m \sim 10^{-8}\): suficient pentru a „cântări” defectul de masă al nucleelor individuale și deci energia lor de legătură (Pasul 10) — una dintre cele mai directe punți între electromagnetismul de liceu și datele fundamentale ale fizicii nucleare. Istoric, calutronii — spectrometre de masă gigantice — au separat primele cantități de \(^{235}\mathrm{U}\); azi separarea izotopilor se face cu centrifuge, dar principiul măsurării maselor a rămas al lui Lorentz.
⬅ Înapoi la Pasul 7 (nivel liceal) · Drumul către fizica nucleară