同位素在科研、工业以及国防等领域有广泛的应用,同位素分离的技术水平是衡量国家实力的重要指标。通过将工作物质电离形成带电粒子,并利用电磁场对带电粒子的强大作用力实现工作物质质量分离的方法,相比传统同位素分离方法具有更大的发展潜力。其中采用电子闭合漂移等离子体推进器作为等离子体射流源,结合电磁法和等离子体离心法优点设计出来的新型等离子体射流质量分离器是目前最具发展前景的同位素分离设备之一。研制等离子体射流质量分离器的重点和难点是研究等离子体射流在电磁场中的运动特性,并利用电磁场控制等离子体射流实现加速、偏转、聚焦等复杂运动状态的转变。文章首先设计了可以在高放电电压模式下稳定工作的新型等离子体射流源,并观察到等离子体源存在大量离子“异常加速”现象。在实验研究中了解到气压、放电电流、放电电压以及工作物质种类都会影响到离子的能量分布,且离子“异常加速”现象在阳极磁感应强度处于一定范围内时较为明显。基于对离子能量分布曲线的研究,提出“虚阳极”理论解释离子的“异常加速”现象,即正离子的积累导致阳极附近的电离区电势高于阳极。以“虚阳极”理论为基础构建磁流体数学模型,数值计算结果与实验数据有较好的一致性。其次,基于磁流体力学分析了电子横越磁场的输运机制和影响因素,通过研究电子与绝缘壁面的碰撞的运动过程,证明近绝缘壁输运和其他两种输运方式共同决定了电子横越磁场的运动特性。通过拟合方法构建绝缘壁面的二次电子发射模型,在此基础上采用PIC粒子网格方法对鞘层进行数值模拟,研究磁感应强度、工作物质种类、电子温度以及壁面材料二次电子发射系数对鞘层结构的影响并统计电子与绝缘壁面的碰撞通量。再次,基于单粒子轨道理论研究了离子在径向磁场中的运动特性。结合电子横越磁场输运机制构建PIC粒子网格模型,对等离子体射流在径向磁场中的运动特性进行数值研究,给出角向加速器通道内等离子体密度分布、电势分布和离子角向速度。数值模拟结果显示角向加速器存在破坏等离子体电中性的缺陷,对质量分离将产生不利影响。分析缺陷产生的原因,提出角向加速器改进方案。推导了不同补偿程度下离子能量和半径的关系式,结合实验数据证明了数值模拟结果的正确性以及角向加速器结构改进方案的有效性。最后,基于单粒子轨道理论从运动轨迹和运动能量两方面定性研究了离子在聚焦器中的运动机理,并总结射流运动规律。采用PIC粒子网格方法模拟了等离子体射流在聚焦器中的运动轨迹,探讨发散角、质量差和离子能量分布范围对射流光斑和质量分离距离的影响。PIC模拟结果与单粒子轨道理论总结得到的规律一致。