磁绝缘传输线多尺度粒子模拟研究

磁绝缘传输线是高功率脉冲源技术中的关键器件，但高功率脉冲传输过程是非线性瞬态过程，难以进行自洽的理论描述，而且由于器件物理尺寸大，现有粒子模拟也仅限于局部区域的特性研究。本项目通过建立多尺度粒子模拟算法模型，开发具有实用化水平的粒子模拟软件，实现对磁绝缘传输线的全局粒子模拟研究。提出多尺度柔性宏粒子模型，基于逐层网格细分和物理参量变化率统计，实现电磁场方程和粒子运动方程在空间和时间上的多尺度离散；根据器件实际结构局部复杂性不同，对空间网格、时间步长和宏粒子参量尺度进行自适应调节，总体上减小计算量。通过全局粒子模拟，揭示磁绝缘传输线传输高功率脉冲工作过程的时空演变规律，分析阳极离子流、沿轴阻抗分布等因素对传输能力和传输效率的影响。研究成果可直接用于磁绝缘传输线的工程设计，对于进一步促进基于快Z箍缩的核聚变、核武器效应模拟、高功率微波武器等技术的发展有重要的科学意义与应用价值。