近年来,随着高尖端工业产品对于材料加工的精密度要求日益提高,尤其是材料的镀膜和刻蚀工艺,以往传统的电子束热蒸发技术和化学刻蚀技术越来越难以满足工业需求,因此人们开始将目光投向用于航天推进的等离子体技术。鉴于以上的情况,本课题提出一种全新结构的圆柱形霍尔离子源样机,该霍尔离子源通过单一内永磁环励磁,形成圆柱形放电通道,能够实现较大范围的等离子体空间密度分布以及较为均匀的等离子体能量分布。本文针对该圆柱形霍尔离子源,展开了近阳极区磁场、通道出口磁场、气体均化以及放电通道底部侵蚀等一系列研究。首先,对这种全新结构的圆柱形霍尔离子源进行放电及羽流参数诊断,并归纳出霍尔离子源的两项重要设计准则,即等离子体的空间分布均匀性以及离子能量空间分布的均匀性。针对实验中高电压工况下出现的离子源阳极过热的问题,进行了近阳极区磁场对离子源阳极热沉积情况影响的相关研究。结果表明,近阳极区磁场的削弱能够显著减小到达阳极表面的电子温度。由此本课题提出一种阳极磁屏蔽优化方案,以此来实现近阳极区磁场的削弱,从而改善高电压工况下阳极热沉积恶化的情况。此外,对近阳极区磁场与离子源束流角度的影响机理进行分析,结果表明,阳极布局位置前置带来的近阳极区磁场变化能够进一步改善等离子体的空间分布均匀性。其次,对圆柱形霍尔离子源放电通道出口处的磁场对羽流特性的影响进行研究分析,提出改变外磁极长度以及陶瓷通道长度两种方法来实现通道出口处磁场的变化。结果显示,外磁极长度的变化虽然能够略微改善离子源的电离情况,但对于羽流发散半角并没有明显的影响,并且带来了离子能量分布情况的恶化,而陶瓷通道长度的变短使得通道出口处的磁场强度逐渐变大,磁力线也逐渐向通道中轴线相反方向弯曲,从而带来了更大的羽流发散半角,即更好的等离子体空间分布以及更为均匀的离子能量空间分布。再次,针对圆柱形霍尔离子源放电通道内的气体均化问题,研究了两种径向出气方式对放电特性以及羽流特性可能的影响。Comsol中性气体流动仿真结果显示,在0.1至1的放电通道长度内,内侧径向出气的中性气体密度分布要好于外侧径向出气及轴向出气,故内侧径向出气的电离情况应该更好。PIC仿真结果显示,内侧径向出气的电离情况的确更好,但外侧径向出气的羽流发散半角更大,等离子体空间分布均匀性更强,而离子能量虽然有所改变,但整体的空间分布均匀性却并没有显著变化。最后,针对圆柱形霍尔离子源在长时间放电工作过程中出现的放电通道底部侵蚀现象,本课题对侵蚀现象进行了机理分析,认为是由离子回流轰击而引起的通道底部侵蚀现象,并提出了利用放电通道内磁场的磁镜效应来减缓通道底部的侵蚀,增大磁镜场的磁镜比来减少到达放电通道底部的离子通量,削弱其离子能量,从而使得通道底部的沉积功率密度大大减小,以此减缓了放电通道底部的侵蚀现象。