核素等離子體束流電磁分離技術的研究.pdf

1、質量分離是核素生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，分離技術的先進與否直接關系到核素的生產(chǎn)與應用。而采用穩(wěn)態(tài)等離子體推進器，結合電磁法與等離子體法各自優(yōu)點的等離子體束流質量分離法是目前最高效、最有前景的分離方法之一。本文在總結分析了等離子體束流質量分離器工作機理的基礎上，重點研究適用于等離子體束流質量分離的不同電磁場位形下的束流軌跡模型及分離參數(shù)，為分離裝置的研制奠定理論基礎。
　　首先，基于單粒子軌道法建立周向儀磁場中離子運動軌跡的數(shù)學模型，進行均勻

2、磁場和非均勻磁場下周向儀簡化空間內的粒子分析，比較兩種磁場下粒子分布密度、空間內部感應電場分布，確定非均勻磁場中的質量分離效果。根據(jù)介質在強磁場作用下具有各向異性的規(guī)律，研究霍爾電流存在時磁場的振蕩衰減特性，揭示出磁場振蕩衰減規(guī)律。結合周向儀中離子運動機理和磁場振蕩衰減特性建立周向儀粒子模型，采用粒子模擬方法考察均勻磁場中等離子體束流的運動規(guī)律，描繪出空間粒子密度、感應電位等分布特性，由此分析周向儀結構缺陷給質量分離帶來的不利現(xiàn)象。提出

3、了周向儀結構改進措施，重新分析空間粒子密度分布及感應電位分布，計算結果表明改進后的周向儀消除了原有缺陷，有利于質量分離的順利進行。
　　其次，建立了周向儀磁場中離子運動軌跡數(shù)學模型，得出分離區(qū)電場中束流的勢能方程，利用勢能曲線研究電場中單能束流聚焦時的重疊現(xiàn)象，給出聚焦環(huán)不重疊條件的確定方法。進一步確定出非單能束流聚焦時保證其有效分離的羽流發(fā)散角條件。通過研究電場中Li離子束流在不同羽流角、不同能量時的軌跡，分析給出保證有效分離的

4、羽流角及能量范圍。同時分析了分離區(qū)電場中等離子體束流的運動狀態(tài)，通過均勻恒定電場與畸變電場下離子束流軌跡的對比，揭示出分離區(qū)空間中鞘層對分離效果的影響。
　　再次，分離區(qū)只含有電場的情況一定程度上可滿足理論研究的需要，而磁場中多質量束流的分離具有優(yōu)勢，在眾多的質量分離領域占有重要的地位。基于帶電粒子在磁場中的運動機理重點分析非均勻磁場中束流沿徑向和軸向分別噴入時的運動情況，建立離子運動軌跡的數(shù)學模型。重點研究離子軌跡上的徑向位置參

5、數(shù)及質量色散強度。在相同的磁場強度、離子質量前提下分析非均勻磁場和均勻磁場下不同入射速度、不同入射能量時的離子軌跡，進而給出質量色散強度，比較分析兩種磁場下束流質量分離效果。分析不同入射速度、速度波動及不同羽流角對Li離子軌跡的影響，通過軌跡圖分析及質量色散的比較給出保證束流有效分離的條件。
　　最后，單純研究電場中或磁場中粒子軌跡及質量色散強度，雖滿足質量分離的要求。但無法給出多種位形電磁場中粒子運動軌跡的普遍規(guī)律，且無法全面得