中子管是一种成本低、重量轻、操作维护简单、防护容易、适于现场使用的中子源设备,主要由离子源、加速系统、靶和气压调节系统等部分组成,其工作原理是通过氘氚的原子核反应产生中子。利用中子强大的穿透特性,中子管在基础科学研究、军事工程以及工农业等领域有着广泛的应用。当前,国内中子管采用的离子源主要是潘宁离子源,潘宁源中子管以其稳定的离子束密度在国内和国际上得到了一定认可,但其中子产额要超过10~9n/s很困难。随着核技术的发展,国外射频源驱动的中子管由于其更高的中子产额,束流稳定,使用寿命长等优点得到了更多研究者的青睐,离子源是中子管的重要组成部分,离子源的优劣更是会极大程度的影响中子管的性能,因此,开展中子管射频离子源的研究工作,对高产额中子管的研制具有重要的应用价值。中性气体电离形成等离子体的过程受到很多因素的影响。为了深入了解用于中子管的射频离子源的放电特性和束流引出规律,从射频感应耦合等离子体的放电原理入手,建立氢气放电模拟研究的理论模型,运用麦克斯韦方程组等公式分析和推导等离子体放电过程中影响粒子密度的重要因素,结合Comsol软件中的二维轴对称模型和三维立体模型,分别设计相应的几何结构,设置仿真实验,采用单一变量法,观察相关结构对于等离子体放电特性和束流引出的影响规律,得出了一些有价值的结论,具体研究工作如下:(1)在理论方面,以射频源的放电原理为基础,通过基本碰撞反应建立氢气放电时的碰撞反应截面数据库,结合该数据库和玻尔兹曼方程-两项近似模块计算出仿真过程中的重要参数,为中子管射频离子源的模拟仿真提供理论支撑。(2)在模拟仿真方面,使用Comsol多物理场仿真软件的低温等离子体模块,对中子管射频离子源的放电特性进行研究,从宏观的角度上模拟射频感应耦合等离子体的氢离子密度分布。通过改变线圈功率、放电气压、线圈类型、线圈尺寸等参数,得到离子源结构参数变化时对氢离子密度分布的影响规律。(3)设计中子管射频离子源束流引出结构,使用Comsol软件的带电粒子追踪模块,对氢离子引出结构进行研究。改变引出孔直径、引出电压和加速间隙进行仿真实验,根据模拟仿真结果总结这些参数变化时对电场的影响以及对离子轨迹分布的影响规律。通过对大量仿真数据的分析,螺旋型天线的最佳参数是匝间距5mm,匝数4匝,线圈直径3.5cm,盘香型天线的最佳参数是匝间距6mm,匝数3匝,在线圈功率和放电气压分别为1W和1Pa的条件下,可以产生的氢离子数密度的最大值为5.0410~9/m~3和4.9610~9/m~3;等离子体电极引出孔直径取6mm,法拉第筒上端引出孔直径取8mm,加速间隙取14mm,引出电压取-120kV时,可以使聚焦面更靠近等离子体电极,引出束流在法拉第筒底端的分布面积更大。本文通过建立氢气放电碰撞反应截面数据库,利用仿真实验的方法总结了中子管射频离子源的放电特性和束流引出特性,掌握了射频源的一般规律,对日后中子管射频离子源相应参数的优化和具体结构设计有重要的指导意义。