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%。

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。

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。

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。

CCD易受空间环境中高能电子辐射的影响，造成性能下降和工作异常，针对此问题，选取某国产N沟道3相多晶硅交迭栅、帧转移结构CCD开展了电子辐照效应研究。采用三维蒙特卡罗软件FLUKA建立电子辐照CCD的组成材料Si和SiO₂模型，仿真模拟电子和材料相互作用的物理过程，计算不同能量电子在Si和SiO₂中的总质量阻止本领和射程，与文献理论计算结果对比验证了本文仿真方法的正确性。建立CCD像元阵列的三维模型，模拟计算不同能量电子在CCD中能量沉积过程的影响，以及像元间有无边界对电子在CCD像元中平均原子离位（DPA）的影响，分析了辐照损伤差异产生的机理。结果表明，靠近入射点的像元能量沉积最大处对应的入射电子能量较小；对于无边界像元，电子辐照产生的DPA随入射深度的增加先增加后减小，而在有边界像元中产生的DPA随入射深度的增加先减小后增加，并且随入射深度的增加无边界像元中产生的DPA与有边界像元中产生的DPA差值越来越小。

在太阳能电池效率的评价中，电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数，合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能，提高电池效率。此外，在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标，对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化，分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响，给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度，并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明，在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上，选择合适的减反膜，电池效率最高可达20.35%，相比于优化前提高了8.25%。

为研究空间环境中通用航天器表面覆盖的热控层电磁辐照效应，采用粒子模拟(PIC)和蒙特卡罗(MC)模拟相结合方法，建立了真空环境下电磁辐照航天器热控材料模型，模拟了场致电子发射、次级电子倍增、释气雪崩电离的全过程，并讨论了释气密度对热防护材料表面产生释气电离现象的影响。通过对比不同释气密度下该过程产生的电子和离子情况，获得热防护材料表面释气产生雪崩电离的阈值。模拟结果表明，当铝膜表面气体密度较小时，由于材料表面释气碰撞电离概率偏低而不会发生雪崩电离；只有当释气密度超过阈值时，材料表面释气碰撞电离过程加强，材料表面发生雪崩电离生成等离子体，等离子体吸收电磁波能量，其离子和电子总能量提升，可能对金属铝膜材料造成损伤。

离子通道可以有效抑制电子束在等离子体环境内传输过程中的径向扩散，已有工作研究了离子通道对电子束的影响，但离子通道建立过程和暂态特性研究则更有助于理解和利用离子通道在电子束长程传输中的作用。本文利用PIC方法对离子通道的时空分布进行二维模拟，并基于单粒子理论推导出描述离子通道振荡的解析模型，对上述两种模型的结果相互校验。上述模型的计算结果表明，在长程传输过程中，相对论电子束在等离子体内部建立的离子通道是持续周期振荡的，电子束密度、电子束初始半径以及环境等离子体密度都会对离子通道的振荡规律产生影响，针对不同的等离子体环境选择合适的电子束参数可以有效提高离子通道的稳定性，进而提升传输过程中电子束的束流质量。