不同电磁场位形下离子射流质量分离的特性研究

摘要

离子束流的电磁场控制技术在航天、医学、原子能及科学研究等各个领域俱有体现，是目前的研究热点。本课题在传统电磁分离法的基础上深入研究了不同位形电磁场情况下质量分离的可行性，通过模拟不同质量离子在不同位形电磁场中的运动轨迹，计算出质量色散的大小，最终给出了不同位形电磁场的分离特点。
　　本课题首先深入研究了传统的电磁质量分离法中质量分离的物理过程，给出了传统电磁分离法的原理和典型装置的结构，并总结了传统分离方法的优缺点，同时针对其具体缺陷提出改进措施。
　　然后，本文研究了在线型电流形成的磁场中，离子质量分离的可行性。通过应用MATLAB软件模拟铀、锂及氙氪混合气体束流分别在相同速度和相同能量入射时的粒子运动轨迹，本文给出了束流在线型电流磁场中的质量分离色散特性，并在此基础上分析了线型电流磁场分离法的优点和局限性。
　　再次，本课题研究了具有周向磁场和径向电场的正交电磁场中质量分离的可行性。基于粒子在正交电磁场中的运动方程推导出粒子运动时振荡的各级极点，应用MATLAB软件以铀、锂为例模拟计算，结果显示出其质量色散特性高于传统电磁法，亦有避免“3/2定律”限制且减小装置尺寸的特点。
　　最后，本文研究了具有轴向磁场和径向电场的正交电磁场位形下电磁质量分离的可行性及优缺点，并在此基础上展开对于纯磁场位形下质量聚焦位置不重叠的讨论。利用MATLAB软件模拟了带电粒子轨迹，进一步验证了聚焦位置不重叠的两种情形。
　　本课题的理论分析和仿真结果表明，非均匀场具有更加理想的质量色散特性，而混合的正交场可以更加良好地提升这种质量色散效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 电磁质量分离法基本原理

2.1 引言

2.2 电磁分离法的理论基础

2.3 电磁分离装置工作原理

2.4 电磁分离过程及特点

2.5 本章小结

第3章 非均匀磁场中的质量分离

3.1 引言

3.2 电磁等离子体质量分离器结构及原理

3.3 线型电流非均匀场质量分离模拟分析

3.4 本章小结

第4章 正交电磁场中的电磁质量分离

4.1 引言

4.2 质量分离的物理机理

4.3 质量分离的模拟

4.4 本章小结

第5章 电磁场中聚焦不重叠的研究

5.1 引言

5.2 同类正交电磁场位形离子聚焦

5.3 轴向磁场中的离子聚焦

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢