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本文研究了多磁极会切场离子源的弧放电特性。该离子源为即将应用于“东方超环”全超导托卡马克(EAST)装置上中性束注入系统(Neutral Beam Injection)的主要部件。
由于离子源中等离子体的状态在弧放电过程中起着关键作用，而本文主要研究的是其中等离子体的一些物理特性。
本文首先通过回顾研究离子源一些传统理论熟悉了离子源的一些特性，然后再结合实际情况找出这些传统理论的不足，从而引用了磁流体力学及等离子体动理学对离子源内等离子体重新分析。通过分析，本文得到了一系列比传统理论更为简洁的表达式。该组表达式包括对粒子通量、电子电流、电子碰撞频率、等离子体电导率、等离子体电子密度等物理量的研究。使用其中一些表达式进行讨论后，不仅能得到一些与现有经验相符的结论，还能给出一些传统理论难以给出的结果。从而达到了弧放电特性优化的目的。
在使用以上两种理论得到一些有用结果后，本文编写了基于Monte-Carlo法的粒子碰撞程序，并分别使用未包含碰撞及包含碰撞的粒子轨道模拟程序对离子源内原初电子的运动进行模拟。在使用这两部分程序进行模拟后都可以得到一系列有用的结果，如粒子漂移、磁场约束、带电粒子对弧室内某些局部区域的轰击等。该结果不但与某些实验现象相符，可以为这些实验现象提供合理的物理解释，还可以预测在某些条件下离子源内等离子体的状态，为优化弧放电特性起到了较好的指导作用。
最后，本文还采用了这些模拟程序对离子源本身的设计进行探讨。从优化弧放电特性的角度研究了离子源设计中的一些细节，不但为现有的离子源设计提供了物理解释。也为今后该类离子源的发展提供了指导思想。