为达到磁约束聚变等离子体需要的中性束加热功率指标,中国核工业西南物理研究院设计了束流能量为200-500 keV,引出电流20 A,脉冲宽度为3600 s的四驱动负氢离子源。为了对负氢离子源进行优化设计,本文针对负氢离子源建立三维磁化等离子体流体力学模型,对单驱动、双驱动和四驱动负氢离子源进行模拟研究。该模型基于有限元分析软件COMSOL耦合了电磁场模块、静磁场模块和等离子体模块。为了保证三维模型计算速度,流体方程中的电子动量守恒方程和离子动量守恒方程采用漂移扩散近似。同时为了保证流体方程在低气压放电下仍然适用,电子动量输运系数中采用的是有效碰撞频率,离子输运系数中采用的是高电场下的迁移率。首先,本文在绪论中对国内外在低气压感应耦合等离子体特性及大功率负氢离子源等方面的模拟和实验研究进展进行了详细的综述。其次,借助三维磁化等离子体流体力学数值模拟,详细研究了施加的过滤磁场、磁屏蔽以及放电参数对等离子体空间分布的影响,得到的主要结论如下。（1）计算了过滤磁场、气压和沉积功率对单驱动射频离子源等离子体参数空间分布的影响。过滤磁场由永磁铁组成的磁过滤系统（Magnetic Filter,MF）产生,永磁铁参数由剩磁（Bre）决定。过滤磁场的施加导致电子密度和电子温度在xz平面呈现出非对称空间分布,而yz平面内的等离子体依然保持对称。随着磁场的增强,电子密度和电子温度分布在xz平面上呈现出非对称性增加;同时源区与扩散区的电子密度先增加后减少。对于磁铁的不同剩磁值,发现源区电子密度峰值出现在|Bre|=6 kGs,而扩散区的电子密度峰值出现在|Bre|=2 kGs。扩散区底部的电子温度随着磁场的增加先减少后几乎不变。随着气压的增加,垂直于磁场平面的电子温度对称性明显改善。（2）过滤磁场冷却电子的同时,降低了扩散区的电子密度。这是由于源区存在超过10 Gs的磁场,影响了电子的产生和输运,因此第四章提出了“磁屏蔽”方案:将磁屏蔽材料（高相对磁导率）应用于腔室器壁,以减小磁场对源区放电的影响。结果表明:将磁屏蔽材料应用于源区-扩散区交界面可以有效地提高源区和扩散区的电子密度,扩散区底部的电子密度峰值由2.3×1017m-3增加至2.9×1017 m-3,电子密度提升约30%。同时扩散区的电子温度依然保持在2 eV以下。并针对不同磁屏蔽方案,与核工业西南物理研究院的实验诊断结果进行了比对,实验测量和数值模拟结果符合较好。（3）分析了磁场位形对双驱动、四驱动离子源中等离子体空间分布的影响。首先,研究了 MF位置对双驱动离子源等离子体参数空间分布的影响。E× B漂移作用导致电子密度峰值在每个源区向左偏转。当MF靠近源区时,驱动源Ⅱ的电子密度要高于驱动源Ⅰ,这是由于驱动源Ⅱ中电子密度峰值区域磁场更强,电子受磁场约束作用更强,输运到扩散区更困难。当MF由扩散区向源区移动时,源区电子密度先增加后减少,扩散区电子密度降低。当MF位于扩散区底部时,等离子体参数均匀性优于其他情况;在此基础上进一步调节等离子体空间分布,改变电源参数来调节电子密度分布;同时在扩散区施加一个隔板来调节电子温度分布。当在扩散区增加10-15cm隔板,驱动源Ⅰ和Ⅱ的功率分别为40 kW和42 kW时,电子温度和电子密度在扩散区分布更加均匀。在四驱动离子源的数值模拟中,由等离子体电极（Plasma Grid,PG）输入电流来产生过滤磁场时,在扩散区底部平面上,电子温度峰值位于左侧,扩散区底部其他区域电子温度差异较小;而扩散区底部两侧电子密度较高。当PG电流由1000 A逐渐增加为5000 A时,扩散区底部的电子温度随输入电流先减小后轻微增加;扩散区的电子温度均匀性有所改善。随着电流的增加,磁场增加,电子在源区-扩散区之间的输运受到限制,扩散区的电子密度下降,降幅约为50%。最后,对本文的研究工作进行了总结,并对可以进一步深入开展的研究工作进行了展望。