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以离子发动机光学系统为研究对象，基于单元内粒子法（Particle In Cell，PIC），建立了二维物理模型。模拟了等离子体在光学系统中的运动，得到了光学系统周围的电势分布以及离子和电子的密度分布等。模拟结果和实验数据进行了对比，建立的物理模型能够模拟离子在光学系统中的运动。进一步的计算结果表明，在几何参数一定的条件下，加速栅极电压以及加速栅极孔径对加速栅极下游的电子密度分布有重要的影响。当加速栅极电压绝对值较小时，加速栅极下游的电子形成回流。随着加速栅极电压绝对值的增大，电子分布逐渐向下游移动。当加速栅极孔径较大时，加速栅极下游也会形成电子回流。选取合适的加速栅极电压和半径，可以阻止电子回流的产生，使离子发动机获得最佳的性能。