绝热电子下浅角磁预鞘对离子温度的依赖性

磁预鞘是当磁化等离子体接触壁且壁与磁场 $\vec{B}$ 之间的夹角 $\alpha$ 为斜角时出现的一边界层。此处，我们考虑聚变相关的浅角情形，$\alpha \ll 1$，电子排斥鞘，电子密度由玻尔兹曼分布给出，适用于 $\alpha / \sqrt{\tau+1} \gg \sqrt{m_{\text{e}}/m_{\text{i}}}$，其中 $m_{\text{e}}$ 为电子质量，$m_{\text{i}}$ 为离子质量，$\tau = T_{\text{i}}/ZT_{\text{e}}$，$T_{\text{e}}$ 为电子温度，$T_{\text{i}}$ 为离子温度，$Z$ 为离子电荷态。磁预鞘的厚度约为几个离子声拉莫尔半径 $\rho_{\text{s}} = \sqrt{m_{\text{i}} \left(ZT_{\text{e}} + T_{\text{i}} \right) } / ZeB$，其中 $e$ 为质子电荷，$B = |\vec{B}|$ 为磁场大小。我们通过使用在磁预鞘入口处一组由 $\tau$ 参数化的给定离子分布函数，研究磁预鞘中静电势和离子分布函数对 $\tau$ 的依赖性。该动力学模型在小离子温度 $\tau \ll 1$ 下、对于 $|\ln \alpha| > 3|\ln \tau | \gg 1$ 被证明渐近等价于 Chodura 流体模型。在此极限下，尽管流体方程对势给出了合理近似，离子回旋轨道获得占据磁预鞘很大一部分的空间范围。在大离子温度 $\tau \gg 1$ 下——由于聚变装置偏滤器靶附近测得 $T_{\text{i}}$ 为 $T_{\text{e}}$ 的数倍而相关——离子以浅角到达德拜鞘入口（随后到达壁），该角大小为 $\sqrt{\alpha}$ 或 $1/\sqrt{\tau}$，取决于二者中较大者。