等离子体断路开关(POS)因其可传导大电流、快速断路并产生高电压而成为电感储能脉冲功率技术的关键部件。为了实现断路阶段更高的能量传输效率以及电压和功率倍增,对提高POS的断路性能的研究尤为重要。外加辅助磁场有助于提高POS的断路性能,其作用主要在于:利用磁压的增强促进POS阴极发射电子的磁绝缘;限制等离子体粒子的分布,使粒子在断路阶段更易于被清除,从而实现POS的彻底断路。因此本论文的主要目的是研究外加辅助磁场POS内部复杂物理现象的机理和规律,探索改善开关性能的技术和有效途径,并在理论分析的基础上进行等离子体源和POS电感储能脉冲系统的设计和实验。本论文首先综述了国内外POS技术的发展概况,并对POS的代表性研究进行了比较全面的总结,涉及了POS在断路阶段的物理机制以及30多年来国外学术界对POS所进行的实验研究内容。考虑到POS性能及工作状态主要取决于电极几何形状、等离子体密度及其分布、导通电流幅度、导通时间以及外加磁场情况等因素,遂以电极的几何形状为主要脉络,辅之以其它影响因素,综合评述了POS的发展历程。这些总结将为今后的装置设计及优化提供有利的参考依据。其次,为了研究外加准轴向磁场对同轴型POS断路性能的影响,采用单元粒子(PIC)方法模拟外加准轴向磁场同轴型POS的工作特性,对激磁线圈分别放置在内阴极内侧和外阳极外侧的低密度同轴型POS断路过程进行了仿真,从获取较高幅值断路电压、较小电流损失、较高断路效率等角度分析了等离子体断路开关中电场和磁场的时空变化、等离子体电子的动力学行为和特性,重点研究内阴极结构POS的断路过程。外阳极结构同轴POS的模拟结果表明:准轴向磁场激磁线圈置于阳极外侧能加速断路过程并实现较高幅值的断路电压、较高的断路电流转移效率、较小的断路电流损失。再次,为了研究外加角向磁场对同轴型POS断路性能的影响,采用PIC方法对角向磁场下同轴型POS工作进行PIC模拟,从断路过程的极间角向磁场分布、磁场渗透过程及作用、电场畸变及其影响、粒子空间分布和粒子流特性、电子束流线空间分布等不同角度全面分析POS断路过程中的复杂物理现象。仿真清晰地再现了电子向负载端漂移的物理图像,结果显示了外加角向磁场增强了导通阶段对等离子体的磁压,使开关更迅速断路并实现了电压的倍增。最后,在实验研究方面,自行研制了闪络板等离子体枪、同轴型POS及其激励、诊断装置。在结构优化设计中给出一些关键参数,包括开关的几何参数、材料参数等。利用所研制的POS实验装置进行探索性实验,开展与该等离子体开关相关的电感储能脉冲功率装置系统性能研究。本文对外加磁场POS的理论和实验方面的研究结果,将为基于POS的更高电流水平的电感储能系统的设计和建立奠定基础。