探寻安全清洁的能源,并满足日益增长的能源需求是一项关键挑战。如何实现受控核聚变能的和平利用成为各国研究的热点问题。作为最有希望实现可控核聚变的装置,托卡马克运行过程中,会产生大量的热量和粒子,需要将其及时排除,偏滤器靶板是发生等离子体与材料相互作用的主要区域。现有的托卡马克装置开展等离子体与材料相互作用的相关研究存在如诊断困难、环境复杂等弊端。直线等离子体实验装置具有很好的可诊断性、参数可控性和稳态运行特性,可方便进行等离子体与材料相互作用研究。基于上述物理问题及直线等离子体实验装置的优势,我们拟设计并建造一台直线等离子体实验装置,名为多种等离子体模拟直线装置（MPS-LD）,为今后相关实验研究工作的开展提供平台。本文主要开展了MPS-LD装置关键系统的物理设计,经过对每个系统的详细设计研究,最终确定总体设计如下:MPS-LD装置的主体部分是一个3 m的圆柱形真空腔室,由直径0.4 m和0.6 m的两部分构成,它的外侧包裹的11个线圈可以产生0.3 T的轴向磁场。腔室分为等离子体源室,辅助加热室和靶室三部分,通过三级差分抽气的方式,使本底中性压降到10-4 Pa,实验过程中的中性压保持在10-2 Pa。等离子体源主要采用螺旋波源和以六硼化镧为阴极的电弧源,产生的电子密度可达1018-1019 m-3,能满足不同的实验需求。在辅助加热室中,通过电子伯恩斯坦波加热和离子回旋共振加热的方式分别有效的实现对电子和离子的辅助加热,可产生电子与离子温度达1-20 e V的等离子体。靶室中拟安装紧凑环,可用于模拟研究托卡马克中加料等关键问题。作者主要参与装置各主要部件的物理设计工作,负责磁体系统设计与磁场模拟、真空系统设计与需求计算、辅助加热系统设计工作。本文第一章主要介绍了研究背景、研究内容及研究意义。第二章主要介绍了MPS-LD装置整体概况,阐述了装置定位和基本参数。第三章主要展示了磁体系统的设计与基于COMSOL Multiphysics软件的磁场模拟,得到了磁场强度0.3 T,磁场波纹度<3%的磁场分布,并确定了对应的各线圈关键参数。第四章介绍了真空系统的设计及针对真空度需求的理论计算。第五章阐述了针对辅助加热系统的相关原理设计,得到了辅助加热所需要的磁场位形和离子加热天线。第六章对不可或缺的各辅助系统及各自满足的实验需求进行介绍。第七章主要对本文所介绍的工作进行总结。