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。

非平衡系统几乎存在于自然和人造系统的各个层面上，它以非零连续的流量为特征。完全非对称简单排他过程被认为是对这类系统建模和模拟的一个范例。对蒙特卡罗方法如何模拟该类系统进行了介绍。分析了通过蒙特卡罗模拟观察到的一些有趣的物理现象如自发性对称破缺、有限尺寸效应和跳跃过程。非对称的低-低密度相破缺与系统的有限尺寸效应密切相关，建议开展更细致的蒙特卡罗模拟以进一步加深对仍处于争论中的非平衡系统有限尺寸效应的认识。

讨论了三能级原子在消逝波光场作用下的Sisyphus冷却和几何冷却机制, 通过蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法分别模拟了消逝波光场在方锥形势阱和圆锥形势阱两种情况下对原子冷却的动力学过程, 并计算了原子在不同的失谐量、激光功率及消逝波的判断宽度下的冷却情况。 结果表明, 增大消逝波的激光功率能有效地减少原子的损耗, 但对冷却结果影响不大； 而消逝波的判断宽度不够宽时, 结果偏差较大； 对于方锥形势阱, 失谐量越小, 原子的最终温度也越低； 在其它条件相同的情况下, 方锥形势阱比圆锥形势阱更有效, 原子能达到更低的温度和更高的密度, 因而在原子光学, 如原子干涉仪、 原子激光等应用中更为有用。