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。

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。

考虑到中性粒子束对近地轨道太空垃圾的清理作用以及在太空探索中的潜在应用前景，研究了中性粒子束在亚轨道空间长程传输过程中影响束流能量和密度损失的主要物理机制，重点分析了剥离效应对束流损耗的影响。中性束剥离效应包括束流粒子之间碰撞导致的自剥离效应和其与大气粒子碰撞导致的剥离效应。以束密度随传播距离变化的方程为基础，通过引用几何因子来表征束流的自剥离效应强度，建立了剥离效应机制下束流的传输模型，由此评估了束流自剥离效应在中性束长程传输中对传输距离的影响关系。研究结果表明，在固定的高度，当中性束密度大于空气粒子密度时，自剥离效应的影响将非常突出，随着传输高度的升高，即使束密度和空气密度同时降低维持量级一致，自剥离效应对传输距离的影响在大几何因子的情况下仍会增强。