张凤娟，张潮海

(哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

20世纪40年代，空间电荷透镜的概念被提出[1]，直到60年代Морозов[2]才制造出空间电荷透镜。随后各种类型的空间电荷透镜出现，但原理均是采用外加电磁场将大量电子约束在透镜中，形成电子云对离子束进行聚焦，电子云的状态决定离子的聚焦性能[3]。空间电荷透镜有着不破坏束流的自中和效应及聚焦能力更强的优越性[4-5]。电子云是非中性等离子体，对磁约束的电子云可采用研究等离子体的理论方法。本文在电子的磁流体方程组的基础上推导磁镜场中电子的密度及电位分布，数值模拟中心电子密度、磁约束因子、电子温度3个参数的变化对电子云状态的影响。

1 磁镜

电子在磁场中沿磁感线漂移，磁矩具有不变性，磁镜利用了磁矩的不变性。在磁场强的位置，粒子垂直速度变大，总能量不变，所以平行速度变小，平行动能转化为垂直动能；在磁场弱的位置，垂直动能转化为平行动能。有些平行速度小的粒子会在某处丧失平行方向的动能，被该处磁场反射而向相反方向运动，到达对称位置时又被反射，从而粒子在磁镜场中来回运动，成为约束粒子。平行速度大的粒子通过线圈，成为逃逸粒子。被磁镜约束的粒子的速度分布会出现以2θm为顶角的损失锥，其中θm为中间面上粒子运动速度与磁感线夹角的临界值。锥内粒子全部逃逸出磁镜，锥外粒子被约束，被束缚的电子形成电子云。……