为了研究等离子体产生时的气体击穿特性，利用低气压条件下气体击穿场强阈值模型，分析了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Hg蒸汽等6种典型放电气体的击穿阈值随入射波频率、电子温度、气体压强以及气体温度的变化规律。结果表明: 气体击穿阈值随气体压强的增大而减小，随气体温度、电子温度和入射脉冲频率的增大而增大。气体压强和入射频率对击穿阈值的影响大于气体温度和电子温度，在所考虑的范围内，气体压强对击穿场强的影响约为100 V/m，入射脉冲频率对击穿场强的影响为50~300 V/m，气体温度和电子温度对击穿场强的影响为20~30 V/m。当考虑气体压强、气体温度以及电子温度等因素的影响时，各种气体的击穿场强阈值产生的变化规律相类似；但考虑入射频率的影响时，不同气体的击穿场强阈值差异很大。在所考虑的典型放电气体中，Xe具有最低的击穿场强阈值，He的击穿阈值最大。

The results of theoretical simulation of runaway electron generation in high-pressure pulsed gas discharge with inhomogeneous electric field are presented. Hydrodynamic and kinetic approaches are used simultaneously to describe the dynamics of different components of lowtemperature discharge plasma. Breakdown of coaxial diode occurs in the form of a dense plasma region expanding from the cathode. On this background there is a formation of runaway electrons that are initiated by the ensemble of plasma electrons generated in the place locally enhanced electric field in front of dense plasma. It is shown that the power spectrum of fast electrons in the discharge contains electron group with the so-called “anomalous” energy.

综合考虑高功率微波对电子的加速过程以及电子与气体分子的碰撞过程，建立了单一气体与混合气体击穿过程的蒙特卡罗仿真模型，编写了三维蒙特卡罗仿真程序(3D-MCC)。针对单一气体Ar和N2以及混合气体N2/O2展开研究，仿真了气体雪崩击穿电子云形成过程，对比分析了不同气体电子能量分布函数随压强的变化规律。发现了Ar击穿特性受电子能量分布函数影响较大，而N2击穿特性受电子能量分布函数影响较小。通过分析平均电子能量以及电子密度随时间的变化过程，得到了Ar和N2击穿时间，并通过与流体模型计算得到的击穿时间比对分析验证了3D-MCC模型的正确性。在真空腔体内开展了S波段高功率微波大气击穿实验，测量得到了场强为6.38 kV/cm时不同压强下的大气击穿时间。通过在辐射源与真空腔体之间增加聚焦透镜，大大减小了壁效应的影响，并且采用模型仿真得到的大气击穿时间与实验结果吻合较好。

以美国ABL系统激光**为例, 分析了高超声速飞行器高温流场气体影响激光**毁伤效应的一些主要因素, 包括气体击穿、等离子体屏蔽效应、烧蚀产物颗粒的影响。结果表明: 通常情况下, 流场电子数密度小于1017 cm-3, 流场本身等离子体特性不会引起对激光的等离子体屏蔽效应；只有在0.5 km射程以内和宽脉冲激光引起的高压流场(约10 MPa以上)气体击穿, 才会导致明显的等离子体屏蔽效应, 但在实际战场条件下这种情况一般不会发生；对采用烧蚀手段进行防热的飞行器而言, 飞行高度大于10 km, 并且基于自由来流流量的无量纲化烧蚀流量小于10-2左右时, 烧蚀产物颗粒不会引起激光的衰减。

对亚纳秒气体开关的放电过程,提出了气体击穿阶段的物理与数学模型以及数值计算方法,并对氢气和氮气的这一击穿过程进行了数值仿真.对于1mm氮气间隙,计算了充电电压波形为纳秒级上升的斜角平顶波时,开关放电时延以及击穿电压随气压和充电电压上升时间的变化.对于氢气,利用美国Sandia实验室的一个实验结果对数值仿真方法进行了验证,所得到的计算结果与实验结果很好地吻合,初步表明所建立的物理模型与计算方法的正确性.

通过对电子能量分布函数所满足的Boltzmann方程的求解,在理论上分析了强电磁脉冲(激光、微波)在高温氮气中的击穿效应。高温气体的一个主要特征是其中的部分气体分子会离解为原子,这一离解效应会对强电磁脉冲在气体中发生电离击穿的阈值产生影响。计算表明:随着温度的升高,氮分子的离解度增大,强电磁脉冲的击穿阈值下降;击穿阈值的下降幅度与电磁波的频率有关,对频率较高的红外激光,击穿阈值下降明显;而对微波,击穿阈值所受影响较小。

通过对电子能量分布函数所满足的Boltzmann方程的求解,得到了高温氧原子气体中激光产生电离击穿效应时的束流强度阈值。这一阈值远小于在低温氧分子气体中产生电离击穿的阈值,最多可相差两个数量级。导致这一现象出现的主要原因是原子和分子的能级分布和激发自由度有很大的差别。

实验观察了强激光脉冲击穿氮气诱发激波及其传播过程，用爆炸波模型讨论了激波的产生和传播，给出了激波传播的基本规律，对实验结果作出了满意的解释。