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主低温冷凝泵是中性束注入器(NBI)的重要组成部分，承担着提供稳定、洁净的高真空环境的任务，良好的真空环境对提高中性化效率、降低再电离损失有着至关重要的作用。随着聚变研究对束功率、束脉宽的要求不断提高，NBI对真空环境也提出了更高的要求，需要对主低温冷凝泵进行性能分析和优化研究。 根据NBI真空室的形状，适合于NBI主低温冷凝泵的低温阵列是J字型、圆筒形结构。抽速和热负荷是衡量NBI主低温冷凝泵性能的两个关键参数，优化设计的目标是使得抽速最大，而热负荷最小，防辐射挡板的结构对低温冷凝泵的抽速和热负荷有很大影响。 提高主低温冷凝泵的抽速对减少中性束再电离损失有着重要意义。抽速正比于传输几率，本文通过研究传输几率间接研究抽速。首先通过计算圆直管道的传输几率，验证了蒙特卡洛法是计算传输几率的有效方法。编写了基于蒙特卡洛方法的计算机程序，得出当前结构下的传输几率W=0.1998，抽速S=598.8m3/s。通过单变量控制法，分析了传输几率的影响因素，研究结果表明:低温冷凝板宽度、结构单元的高度和数量对传输几率影响较大，当低温冷凝板宽度占入口面宽度的一半时，传输几率达到极大值;挡板区域越高，传输几率越大;当结构单元数为46时，传输几率达到极大值。研究结果还表明挡板区域的项部形状、结构单元的纵向长度对传输几率影响比较小。基于此，提出了低温冷凝泵的优化建议。 通过设置虚拟面的方法，得出了低温冷凝泵内部的气体分布情况;通过与相应传输几率的比较，指出了气体分子的均匀性与传输几率存在着正相关性。利用蒙特卡洛法探讨了气体分子在不同反射区域内的分布情况及其影响因素。研究结果表明:反射区域越高，气体分子均匀性越好;反射区域上部空间越宽，气体分子分布越均匀;反射区域的边界形状对气体分子的均匀性几乎没有影响;反射区域的高度或边界形状都不能改变气体分子聚集的区域。受分子均匀性的限制，类似的J字型圆筒形低温冷凝泵的传输几率的最大值为0.25。 分析了低温冷凝板的热负荷来源包括导热、对流传热、辐射传热，并确定了辐射传热做为优化的主要方向。分析了热辐射在不同类型的反射区域内的分布情况，指出了热辐射在主低温冷凝泵内分布不均匀，不适合用辐射网络法求解辐射传热量。然后通过计算两无限大平行平板间的辐射传热量，验证了蒙特卡洛方法是求解辐射传热的有效方法。编写了基于蒙特卡洛方法的计算机程序，并利用该程序分析研究了能提高传输几率的优化措施对低温冷凝板和防辐射挡板的热负荷的影响。研究结果表明:辐射传热量和冷凝传热量是同一个数量级;防辐射挡板的内表面发射率、结构单元的数量和高度对低温冷凝板的辐射传热量影响较大;防辐射挡板内壁面发射率越高，则低温冷凝板的辐射传热量越小;结构单元数越多，则低温冷凝板的辐射传热量越小;挡板区域越高，则低温冷凝板的辐射传热量越小;低温冷凝板宽度为入口面宽度的60％时，其辐射传热量达到极大值;挡板区域的边界对辐射传热量影响不大。根据NBI的需要，确定了NBI主低温冷凝泵的最佳结构。 相关研究结果可以为NBI主低温冷凝泵性能的提高提供理论指导，也可以为类似结构的内置式低温冷凝泵设计提供参考。