1、等離子體斷路開關(POS)因其可傳導大電流、快速斷路并產生高電壓而成為電感儲能脈沖功率技術的關鍵部件。為了實現(xiàn)斷路階段更高的能量傳輸效率以及電壓和功率倍增，對提高POS的斷路性能的研究尤為重要。外加輔助磁場有助于提高POS的斷路性能，其作用主要在于：利用磁壓的增強促進POS陰極發(fā)射電子的磁絕緣；限制等離子體粒子的分布，使粒子在斷路階段更易于被清除，從而實現(xiàn)POS的徹底斷路。因此本論文的主要目的是研究外加輔助磁場POS內部復雜物理現(xiàn)象的機

2、理和規(guī)律，探索改善開關性能的技術和有效途徑，并在理論分析的基礎上進行等離子體源和POS電感儲能脈沖系統(tǒng)的設計和實驗。
　　本論文首先綜述了國內外POS技術的發(fā)展概況，并對POS的代表性研究進行了比較全面的總結，涉及了POS在斷路階段的物理機制以及30多年來國外學術界對POS所進行的實驗研究內容?？紤]到POS性能及工作狀態(tài)主要取決于電極幾何形狀、等離子體密度及其分布、導通電流幅度、導通時間以及外加磁場情況等因素，遂以電極的幾何形狀為

3、主要脈絡，輔之以其它影響因素，綜合評述了POS的發(fā)展歷程。這些總結將為今后的裝置設計及優(yōu)化提供有利的參考依據(jù)。
　　其次，為了研究外加準軸向磁場對同軸型POS斷路性能的影響，采用單元粒子(PIC)方法模擬外加準軸向磁場同軸型 POS的工作特性，對激磁線圈分別放置在內陰極內側和外陽極外側的低密度同軸型POS斷路過程進行了仿真，從獲取較高幅值斷路電壓、較小電流損失、較高斷路效率等角度分析了等離子體斷路開關中電場和磁場的時空變化、等離子

4、體電子的動力學行為和特性，重點研究內陰極結構POS的斷路過程。外陽極結構同軸POS的模擬結果表明：準軸向磁場激磁線圈置于陽極外側能加速斷路過程并實現(xiàn)較高幅值的斷路電壓、較高的斷路電流轉移效率、較小的斷路電流損失。
　　再次，為了研究外加角向磁場對同軸型POS斷路性能的影響，采用PIC方法對角向磁場下同軸型POS工作進行PIC模擬，從斷路過程的極間角向磁場分布、磁場滲透過程及作用、電場畸變及其影響、粒子空間分布和粒子流特性、電子束流

5、線空間分布等不同角度全面分析POS斷路過程中的復雜物理現(xiàn)象。仿真清晰地再現(xiàn)了電子向負載端漂移的物理圖像，結果顯示了外加角向磁場增強了導通階段對等離子體的磁壓，使開關更迅速斷路并實現(xiàn)了電壓的倍增。
　　最后，在實驗研究方面，自行研制了閃絡板等離子體槍、同軸型POS及其激勵、診斷裝置。在結構優(yōu)化設計中給出一些關鍵參數(shù)，包括開關的幾何參數(shù)、材料參數(shù)等。利用所研制的POS實驗裝置進行探索性實驗，開展與該等離子體開關相關的電感儲能脈沖功率裝