利用蒙特卡罗方法对早期核辐射场景下的舰船舱室屏蔽特性进行研究。使用早期伽马辐射作为辐射源，测定了舰船主体常用的HSLA-80、5456Al及FDCL-3B三种材料的质量衰减系数，并根据舰船的几何结构建立了模拟舱室模型，采用高斯展宽方法对探测器的能谱拟合处理，得到了伽马辐射下舱室内部NaI探测器的吸收能谱，并与文献中的实验结果进行了对比，验证了计算模型和计算结果的可靠性。在此基础上，以伽马防护系数为评价指标，考虑放射性同位素（单能点源）和早期伽马辐射（具有能量分布的面源）两种场景，计算分析了模拟舱室伽马辐射屏蔽的空间分布特性，结果表明：模拟舱室对不同放射性同位素的防护系数是不同的，最多可相差6.74倍（Cd-109与Cs-137）；舱室不同位置的防护系数不同。舱室前端的伽马辐射剂量较大，而角落的伽马辐射剂量较小，相差35%；防护系数与伽马辐照的入射角度有关。与正入射相比，模拟舱室对斜45°入射的伽马辐射防护系数更高，可提升43%。

等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM₀₁模（下称P-TM₀₁模）。P-TM₀₁模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM₀₁模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度n_p、径向厚度Δr_p和径向位置r_p以及外加引导磁场强度B_z和波导半径r_w等参数对P-TM₀₁模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，n_p 和Δr_p的变化对色散特性影响较大，r_p，B_z和r_w的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径r_w的增加，相同纵向波数k_z对应的P-TM₀₁模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM₀₁模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反，外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。（3）主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_z相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在k_z相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

应用三维MC程序和PIC程序，对神光装置辐照下腔体内系统电磁脉冲（SGEMP）模型进行了耦合模拟。在半高宽为2.9 ns、平均能量为10.3 keV的轫致谱X射线点源辐照下，圆柱腔内电场最大值高达2 MV/m，以轴向电场为主；磁场最大值约为0.8×10⁻³ T，以角向磁场为主，电磁场最大值都集中在发射面附近，以脉冲直流场为主，交流辐射场幅度较小，约在kV/m量级。考察了注量对SGEMP效应的影响，注量越高，电场沿轴向变化越快，交流辐射场占比越大。

相对论电子束在理想顺磁环境下能够以较高的注量率击中靶目标，但实际情况中由于受环境的影响，相对论电子束的传输方向可能会与地磁场呈小角度偏差，因此会受到地磁场的作用产生拉莫尔进动，影响电子束的到靶瞄准以及到靶注量。基于二维片状相对论电子束，分别对相对论电子束顺磁和偏离磁场3°角两种传输情况进行仿真模拟，通过模拟束团的传输过程，分析研究了顺磁环境下不同传输距离束团到靶率的变化规律，以及偏离磁场3°角时传输过程中注量率的变化规律，为相对论电子束到靶率的预估和靶目标的瞄准提供数据参考。

为研究大气环境对系统电磁脉冲（SGEMP ）的影响，针对海拔50～100 km的X射线能量沉积区，分别应用3维PIC程序及3维PIC-MCC程序各自开展预电离等离子体和稀薄空气条件下外SGEMP的建模与模拟研究，针对3种不同的X射线注量（4×10⁻³ J/cm²、4×10⁻² J/cm²、0.4 J/cm²），分别取对应两种不同海拔高度（70 km和80～90 km）的本底等离子体及海拔56 km的稀薄空气条件进行模拟计算，并和真空中的计算结果进行对比，得出预电离等离子体及稀薄空气对外SGEMP的影响规律：当X射线注量较低时，等离子体使得磁场增大，电场减小，而稀薄空气对外SGEMP效应影响不明显；随着X射线注量增大，空间电荷非线性效应越来越明显，等离子体及稀薄空气都使得电场、磁场同时增大，且稀薄空气的增大效应更显著。

模拟研究了非理想氢原子束在真空环境下的长程传输效应。根据中性化程度的不同，将非理想束分为欠中性束和过中性束。通过建立束流传输的准电磁模型，研究了束流密度、中性化因子、空间磁场和弹性散射等因素对非理想氢原子束的影响。结果表明：对于欠中性束，负氢离子的存在对氢原子的传输几乎没有影响，因此欠中性束的发射装置可以考虑去除偏置磁场，以减小设备体积和质量；对于过中性束，束流损失率与束流密度和中性化因子有关，即束流密度越大，束流损失越大；中性化因子越高，束流损失就越高；而无论是欠中性束还是过中性束，空间磁场和粒子间的弹性散射对其传输都没有影响。

建立了混合多组分等离子体高压查尔特鞘层动力学模型，数值研究了氘钛等离子体高压查尔特鞘层特性。理论与数值研究结果表明，提升D⁺离子比例、降低D⁺离子及Ti²⁺离子入鞘速度、降低等离子体密度等方式，均会有效增加鞘层厚度，并降低靶面场强幅值，这些方式有利于离子汇聚传输和降低靶面击穿风险。随加速电压的增加，离子引出稳定工作区域范围呈现先增加后减小的趋势。增加D⁺离子比例、减小D⁺离子及Ti²⁺离子入鞘速度，均会显著增加离子引出稳定工作区域范围。

氢原子束在大气传输时，束流粒子与大气粒子碰撞电离形成的大气剥离效应，以及和大气剥离产生次级粒子碰撞电离形成的自剥离效应，是造成氢原子束能量损失的重要机制。考虑到自剥离效应成因复杂，虽然目前已有一些理论方面的研究结果，但对其发生机理和对束流损失效果尚未有实验或数值模拟方面的工作，因此，通过对自剥离效应的发生机理和对束流损失的影响进行分析，进一步完善了自剥离效应理论，在通过束流传输方程验证了粒子云网格-蒙特卡罗法对氢原子束大气传输仿真模拟适用的基础上，将仿真结果与自剥离理论进行了对比，验证了自剥离效应理论的适用性。模拟结果表明，自剥离效应是由束流被大气电离产生的带电次级粒子团在地磁场的影响不停地穿越束流导致的，且自剥离效应的强弱与原子束的密度有关，束流密度越大，自剥离效应越强，对束流的影响越大。