本论文通过单粒子模拟探究了径向电场对洛克希德马丁公司提出的先进紧凑型磁镜装置(Compact Fusion Reactor,CFR)中粒子约束性能的影响。磁约束装置中的径向电场对高能粒子的约束性能起着至关重要的作用,通过施加径向电场改变高能粒子的平行速度,从而影响高能粒子在磁约束装置中的运动情况,降低粒子损失率。论文从毕奥-萨法尔定律出发,严格推导出由多个半径和电流方向不同的共轴电流线圈组成的先进紧凑型磁镜装置CFR的磁场模型。单粒子在电磁场中的漂移运动和绝热不变量对粒子轨道具有重要影响,精确研究单粒子运动轨迹有助于对CFR装置内高能量粒子的约束情况进行系统的评估。研究过程中,我们使用了四阶龙格-库塔算法(Fouth-order Runge-Kutta,RK4)和Boris算法两种不同的数值算法来推动粒子的轨道方程。四阶龙格-库塔算法能够在短时间内很好地数值求解粒子在电磁场中的运动方程,模拟粒子运动轨迹,但该方法在推动过程中粒子能量误差会随模拟时间的积累不断增大,导致轨迹失真明显。与RK4方法不同的是,新发展的Boris算法可以严格地保证高能量粒子在没有径向电场的情况下的能量守恒,即使在径向电场存在的情况下也能保证能量误差限定在极小的范围内,从而保证了模拟过程中单粒子轨道并不会严重失真,增加了模拟结果的可信度。论文对先进紧凑型磁镜装置中高能α粒子的运动轨道进行了精确数值模拟,分析了高能α粒子在不同径向电场作用下运动轨迹的差异性。当电场方向改变时,电漂移引起的漂移速度与磁场不均匀引起的总漂移速度方向相同或相反,将导致粒子极向速度改变,进而影响平行于磁场方向的速度的改变。通过控制径向电场的方向和强度能够有效地降低粒子轴向尖端损失。我们研究了不同径向电场对CFR装置中不同位置处α粒子约束性能的影响。数值模拟结果表明,当正、负径向电场强度达到一定临界值时,都能够使高能的α粒子很好地约束在CFR装置内部,然而不同位置处径向电场强度临界值与α粒子初始条件相关;同时,我们也研究了震荡电场对粒子约束的影响,但模拟结果表明在震荡径向电场作用下,粒子约束性能改善并不明显。