在可控中子源研究领域,离子源是一种能够电离氘氚气体并产生离子的装置。如何解决离子源高性能与体积小型化之间的矛盾一直面临挑战。目前国内测井中子管主要采用小型潘宁离子源结构,用于离子引出打靶,并在靶上发生D-D或D-T聚变,产生能量为2.45Me V或14.1Me V的中子。与其它类型离子源相比,具有低气压稳定工作、功耗低、供电系统相对简单、易于小型化等优势。但在带来这些优势的同时也存在电离率低、使用寿命相对短、阴极烧蚀严重等问题。离子源内等离子体放电特性十分复杂,目前国内外对小型潘宁离子源的研究主要分为实验和计算机数值模拟两种方式。从实验的角度讲,结构、工作电压、电磁场分布、气压等参数时刻影响着离子源的工作情况,需要采取大量实验数据堆积,总结出规律,另外实验中可测得的参数非常有限,难以快速直接的反映源内电离过程。从计算机模拟角度来讲,国内对小型潘宁离子源的数值模拟大多以二维、氩气、氢气、轴向引出为研究背景,且采用的COMSOL和CST软件只是将离子源的放电过程与离子引出部分单独进行研究,没有实现两部分之间的统一。本文针对上述问题采取数值模拟的方式,借助VSim软件采用粒子模拟与蒙特卡洛相结合（PIC/MCC）的算法,研究三维低气压下氘气径向引出小型潘宁离子源的工作特性,具备以下特点:（1）采用径向引出结构,此时不再具有旋转对称性。（2）将离子源放电过程与离子引出过程联合起来再三维情况下模拟。（3）以氘气为背景气体,更加贴近实际工作情况。具体研究工作主要包括:（1）在理论方面,采取等离子体理论和PIC/MCC算法,利用Maxwell方程组计算离子源工作区域电磁场分布,分析在电磁力作用下宏粒子运动情况,描述等离子体的整体运动规律,最后通过一系列的参数方程获得离子源内的粒子密度、离子数目、电离率、靶斑、靶流等,总结出径向引出小型潘宁离子源的工作特性。（2）在数值模拟方面,使用Solid Works、VSim和Vislt三款软件。前者对离子源每个零部件进行设计,形成装配体,制作工程参数图;结合参数图利用VSim软件首先模拟轴向引出潘宁离子源（已产品化）的动态工作特征,验证了离子源电离过程和离子引出二者联合模拟的有效性。然后对不同K（长宽比）结构下的潘宁放电过程进行探究,揭示潘宁放电特征以及K参数对放电特征的影响规律。研究表明:适当增大放电空间能够提高离子密度以及电离率;同时源内电子呈两个电子团分布的集体行为对放电电流产生了干扰,并使源内径向电场改变为轴向电场。D+、D2+离子数目之比约为6%且呈对称分布在中间位置,电离率在万分之一左右,并得到了潘宁放电过程中粒子密度的分布特征。（3）根据潘宁放电特性,设计出径向引出小型潘宁离子源结构,借助VSim软件,在改变阳极引出孔尺寸（2mm、4mm）、压强大小（0.01pa、0.05pa、0.1pa）、磁场强度（0.1T、0.15T、0.2T、0.25T、0.3T）的情况下进行大量的仿真研究,并使用Vislt可视化工具对计算得到的h5数据文件进行分析,结果表明:减小阳极引出孔直径具有一定的电场屏蔽作用;等离子体中心往引出口移动,更有利于进行离子引出;压强在0.05pa时具有最大粒子密度、粒子数目、电离率,但靶流与压强呈正相关,0.1pa时为最大;D2+靶斑直径为4mm;D+离子由于质量较轻,更容易受电场力作用,靶斑面积相对较大;磁场对离子具有挤压作用,0.2T时电子密度最大,0.25T时D+离子密度最大,0.3T时D2+离子密度最大,靶流与磁场强度呈正相关。通过本论文的工作我们得到了三维情况下氘气潘宁放电特性以及小型径向引出潘宁离子源的工作特征,找到了较优工作参数,为潘宁离子源的高性能设计提供指导和理论依据。