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物理学では、磁場内のプラズマ中の電子やイオンなどの電荷を帯びた粒子の運動は、誘導中心と呼ばれる点の周りの比較的高速な円運動と、この点の比較的低速なドリフトの重ね合わせとして扱うことができます。ドリフト速度は、荷電状態、質量、または温度に応じてさまざまな種で異なり、電流や化学分離が発生する可能性があります。

磁場が均一で、他のすべての力が存在しない場合、ローレンツ力により、粒子は粒子速度と磁場の両方に垂直な一定の加速度を受ける。これは、磁場と平行な粒子の運動には影響しないが、磁場に垂直な平面内で一定速度の円運動を引き起こす。この円運動は、ジャイロ運動として知られている。質量と電荷を持つ粒子が強度の磁場内を運動する場合、ジャイロ周波数またはサイクロトロン周波数と呼ばれる周波数が次のよう になる。${\displaystyle m}$${\displaystyle q}$${\displaystyle B}$$${\displaystyle \omega _{\rm {c}}={\frac {|q|B}{m}}.}$$

磁場に垂直な速度の場合、軌道の半径はジャイロ半径またはラーモア半径と呼ばれ、 ${\displaystyle v_{\perp}}$$${\displaystyle \rho _{\rm {L}}={\frac {v_{\perp }}{\omega _{\rm {c}}}}.}$$

磁気ローレンツ力は常に磁場に対して垂直であるため、平行運動には（最低次まで）影響を及ぼしません。追加の力のない均一な磁場では、荷電粒子は速度の垂直成分に応じて磁場の周りを旋回し、初期の平行速度に応じて磁場と平行にドリフトして、らせん軌道を形成します。平行成分を持つ力がある場合、粒子とそのガイド中心はそれに応じて加速されます。

磁場が平行勾配を持つ場合、有限のラーモア半径を持つ粒子は、より大きな磁場から離れる方向の力も受けます。この効果は磁気ミラーとして知られています。これは物理学と数学において誘導中心ドリフトと密接に関連していますが、それらとは異なるものと考えられています。

一般的に言えば、磁場に対して垂直な力が粒子に作用する場合、粒子は力と磁場の両方に対して垂直な方向に漂う。1つの粒子に力が作用する場合、漂流速度は ${\displaystyle {\boldsymbol {F}}}$$${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{f}={\frac {1}{q}}{\frac {{\boldsymbol {F}}\times {\boldsymbol {B}}}{B^{2}}}.}$$

これらのドリフトは、ミラー効果や不均一なBドリフトとは対照的に、有限のラーモア半径には依存せず、冷たいプラズマにも存在します。これは直感に反するように思えるかもしれません。力がオンになっているときに粒子が静止している場合、力に垂直な動きはどこから来るのでしょうか。また、なぜ力は自身に平行な動きを生み出さないのでしょうか。その答えは、磁場との相互作用です。力は最初、自身に平行な加速をもたらしますが、磁場は結果として生じる動きをドリフト方向に偏向させます。粒子がドリフト方向に動き始めると、磁場はそれを外力に逆らって偏向させるため、力の方向の平均加速度はゼロになります。ただし、力の方向に ( f / m ) ω _c ⁻²に等しい 1 回限りの変位があり、これは力がオンになっている間の分極ドリフト (以下を参照) の結果と見なす必要があります。結果として生じる動きはサイクロイドです。より一般的には、回転と均一な垂直ドリフトの重ね合わせはトロコイドです。

すべてのドリフトは力ドリフトの特殊なケースと見なすことができますが、これが常に最も有用な考え方であるとは限りません。明らかなケースは電気力と重力です。grad-B ドリフトは、磁場勾配内の磁気双極子にかかる力から生じると考えられます。曲率、慣性、分極ドリフトは、粒子の加速を架空の力として扱うことから生じます。反磁性ドリフトは、圧力勾配による力から導き出すことができます。最後に、放射圧や衝突などの他の力もドリフトを引き起こします。

力のドリフトの簡単な例としては、電離層などの重力場内のプラズマが挙げられます。ドリフト速度は $${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{g}={\frac {m}{q}}{\frac {{\boldsymbol {g}}\times {\boldsymbol {B}}}{B^{2}}}}$$

質量依存性のため、電子の重力ドリフトは通常無視できます。

粒子の電荷への依存性は、イオンの場合と電子の場合のドリフト方向が逆であることを意味し、その結果、電流が発生します。流体の図では、この電流が磁場と交差することで、加えられた力に対抗する力が生まれます。

このドリフトは、しばしば( EクロスB ) ドリフトと呼ばれ、粒子に対する電気力はその電荷に依存するため、特殊なケースです (たとえば、上で検討した重力とは対照的です)。その結果、イオン (質量と電荷に関係なく) と電子は両方とも同じ方向に同じ速度で移動するため、正味の電流はありません (プラズマの準中性性を仮定した場合)。特殊相対性理論の文脈では、この速度で移動するフレームでは、電場は消えます。ドリフト速度の値は次のように表されます。 ${\displaystyle {\boldsymbol {E}}\times {\boldsymbol {B}}}$$${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{E}={\frac {{\boldsymbol {E}}\times {\boldsymbol {B}}}{B^{2}}}}$$

電界が均一でない場合、上記の式は次のように修正される^[1]。 $${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{E}=\left(1+{\frac {1}{4}}\rho _{\rm {L}}^{2}\nabla ^{2}\right){\frac {{\boldsymbol {E}}\times {\boldsymbol {B}}}{B^{2}}}}$$

誘導中心のドリフトは、外力だけでなく磁場の不均一性からも発生する可能性がある。これらのドリフトは、平行および垂直の運動エネルギーで表現するのが便利である。 $${\displaystyle {\begin{aligned}K_{\|}&={\tfrac {1}{2}}mv_{\|}^{2}\\[1ex]K_{\perp }&={\tfrac {1}{2}}mv_{\perp }^{2}\end{aligned}}}$$

その場合、明示的な質量依存性は排除されます。イオンと電子の温度が類似している場合、それらのドリフト速度も同様ですが、方向は反対になります。

粒子がより大きな磁場に移動すると、その軌道の曲率はより狭くなり、本来円形の軌道がサイクロイドに変わります。ドリフト速度は $${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{\nabla B}={\frac {K_{\perp }}{qB}}{\frac {{\boldsymbol {B}}\times \nabla B}{B^{2}}}}$$

荷電粒子が曲がった磁力線に沿って進むには、必要な向心力を与えるために、曲率面から外へのドリフト速度が必要です。この速度は、 その点で曲線を最もよく近似する 円弧の中心から外側に向いた曲率半径です 。 は磁場の方向の単位ベクトルです。このドリフトは、曲率ドリフトと項の合計に分解できます。 $${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{R}={\frac {2K_{\|}}{qB}}{\frac {{\boldsymbol {R}}_{c}\times {\boldsymbol {B}}}{R_{c}^{2}B}}}$$${\displaystyle {\boldsymbol {R}}_{c}}$$${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{\rm {inertial}}={\frac {v_{\parallel }}{\omega _{c}}}\,{\hat {\boldsymbol {b}}}\times {\frac {\mathrm {d} {\hat {\boldsymbol {b}}}}{\mathrm {d} t}},}$$${\displaystyle {\hat {\boldsymbol {b}}}={\boldsymbol {B}}/B}$$${\displaystyle {\frac {v_{\|}}{\omega _{c}}}\,{\hat {\boldsymbol {b}}}\times \left[{\frac {\partial {\hat {\boldsymbol {b}}}}{\partial t}}+({\boldsymbol {v}}_{E}\cdot \nabla {\hat {\boldsymbol {b}}})\right].}$$

定常磁場と弱電場の重要な限界では、慣性ドリフトは曲率ドリフト項によって支配されます。

プラズマ圧力が小さい限界では、マクスウェル方程式は勾配と曲率の関係を提供し、対応するドリフトを次のように組み合わせることができます。 $${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{R}+{\boldsymbol {v}}_{\nabla B}={\frac {2K_{\|}+K_{\perp }}{qB}}{\frac {{\boldsymbol {R}}_{c}\times {\boldsymbol {B}}}{R_{c}^{2}B}}}$$

熱平衡状態にある種の場合、は（の場合、 の場合）に置き換えることができます。 ${\displaystyle 2K_{\|}+K_{\perp }}$${\displaystyle 2k_{\text{B}}T}$${\displaystyle k_{\text{B}}T/2}$${\displaystyle K_{\|}}$${\displaystyle k_{\text{B}}T}$${\displaystyle K_{\perp }}$

上記のgrad-Bドリフトの式は、が曲率によるものである 場合について書き直すことができます。これは、真空中ではアンペールの法則が であることを理解すれば、最も簡単に行うことができます。方位角方向が磁場と平行で、半径方向が磁場の勾配と平行になるように選択された円筒座標では、これは次のようになります。 ${\displaystyle \nabla B}$${\displaystyle \nabla \times {\boldsymbol {B}}=0}$$${\displaystyle \nabla \times {\boldsymbol {B}}={\frac {1}{r}}{\frac {\partial }{\partial r}}\left(rB_{\theta }\right){\hat {z}}=0}$$

は定数な ので、これは次を意味し 、grad-Bドリフト速度は次のように表される。 ${\displaystyle rB_{\theta }}$$${\displaystyle \nabla B=-B{\frac {{\boldsymbol {R}}_{c}}{R_{c}^{2}}}}$$$${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{\nabla B}=-{\frac {K_{\perp }}{q}}{\frac {{\boldsymbol {B}}\times {\boldsymbol {R}}_{c}}{R_{c}^{2}B^{2}}}}$$

時間とともに変化する電場は、次のようなドリフトも生じます。 $${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{p}={\frac {m}{qB^{2}}}{\frac {d{\boldsymbol {E}}}{dt}}}$$

明らかに、このドリフトは、無期限に継続できないという点で他のドリフトとは異なります。通常、振動電場は、位相が 90 度ずれて振動する分極ドリフトをもたらします。質量依存性のため、この効果は慣性ドリフトとも呼ばれます。通常、電子は質量が比較的小さいため、分極ドリフトは無視できます。

反磁性ドリフトは実際にはガイド中心ドリフトではなく、粒子の大きな集合体の平均的な（流体の）挙動に似ています。圧力勾配は単一の粒子をドリフトさせることはありません。しかし、流体の速度は基準領域を通過する粒子の数を数えることによって定義され、圧力勾配により、一方の方向の粒子がもう一方の方向よりも多くなります。流体の正味速度は次のように表されます。

$${\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{D}=-{\frac {\nabla p\times {\boldsymbol {B}}}{qnB^{2}}}}$$

ドリフトという重要な例外を除けば、異なる電荷を持つ粒子のドリフト速度は異なります。この速度の違いにより電流が生じ、ドリフト速度の質量依存性により化学分離が生じる可能性があります。 ${\displaystyle {\boldsymbol {E}}\times {\boldsymbol {B}}}$

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