文中设计了一套外磁场驱动直流电弧等离子体的发生器装置，以获得均匀的大体积电弧等离子体。该发生器的弧室由一对同轴石墨电极构成：80ram直径的管形石墨阳极与18mm直径的柱形石墨阴极组成，外磁场则由绕制在阳极外壁上的螺线管线圈产生。实验中高速摄影、ICCD拍照、发生器电学参数测量、发射光谱诊断等多重角度对电弧形态、电压特性、弧根附着形式、电弧热力学状态等加以分析。实验观测结果表明，利用强外磁场高速旋转的方法可以有效地促进收缩电弧分散，并最终达到完全分散的状态。在完全分散状态下，弧室截面上的等离子体光强分布周向上趋于均匀，电弧电压的波动幅度也显著降低。基于发射光谱的表征结果暗示了验条件下分散电弧可能在较大程度上偏离了局域热力学平衡(LTE)。 实验中的系统性的观测到多阴极弧根和扩散阴极弧根现象，观测的结果表明：在足够高强度的轴向磁场中，随着阴极温度升高，阴极弧根由一至两个孤立弧根过渡到多个阴极弧根，并最终形成融合的弥散性弧根；多阴极弧根之间保持近似等距离间隔，多阴极弧根和弥散型阴极弧根通常对应于电弧等离子体充分分散的情况。文中还对阴极弧根在电极表面的“运动形式”加以研究，认为阴极弧根的表观运动由两种不同的形式构成：附着在电极表面的连续运动；阴极弧根的同时熄灭和产生。在不同的电流工况下，两种弧根运动形式对阴极弧根的表观运动贡献不同。 为了消除不均匀的磁场位形对“磁旋分散电弧实验”的不利影响，研究中使用ANSYS有限元软件辅助励磁线圈设计，以使所得的磁场位形满足对轴向磁场均匀性的要求。得到的线圈设计的磁场位形分析显示所产生的磁场均匀区域为一近似椭球空间，磁场不均匀度低于20ppm。同时文中对增加磁轭的线圈结构进行了尝试性的计算，以图在同等的励磁电流条件下，在发生器内部获得增强的磁通密度。以减小励磁线圈材料消耗和降低线圈功率为目的，本文发展了一种基于单纯形法的数值方法优化所得励磁线圈设计：该方法用于对产生轴向均匀磁场的具有轴向圆周对称几何结构的磁体的优化，可精确获得具有最小空间体积的线圈设计。算例结果表明该算法实际可行，具有良好的普适性。