带电粒子与等离子体相互作用一直是一个人们研究的热点问题。它的研究不仅揭示了一些基本的物理问题,同时也在很多领域有着重要的应用,如磁约束聚变中的中性束加热、重离子束驱动惯性约束聚变以及高能高密度物质等。中性束加热作为一种非常成熟的辅助加热手段,它已经在很多大型的磁约束聚变装置中得到应用。注入的中性粒子在等离子体中电离后会产生高能的快离子,这些快离子在等离子体中的动力学行为以及能量沉积过程一直是聚变研究人员所关注的热点问题。此外,近年来随着高能高密度物质研究领域的兴起,采用高能离子束轰击固体靶材产生“温密”物质是研究高能高密物质的一个重要手段。这就使得人们对从离子源引出的离子束有更高的质量要求,如更小的脉冲长度以及束斑半径等。最近研究发现等离子体能够对离子束进行非常有效的电荷中和,从而实现非常强的纵向以及径向聚焦效果,这对离子束驱动惯性约束聚变以及高能高密度物质等研究都有着重大的意义。本文采用自洽的粒子模拟方法(Particle-in-Cell Simulation Method)研究了单个离子以及离子束在磁化等离子体中的能量沉积过程以及尾场效应,考虑了外磁场、入射离子与等离子体之间的强耦合效应、离子之间的关联效应以及辐照激光场对离子束能量沉积的影响。此外我们还进行了低能和高能离子束在等离子体中聚焦效应的相关研究。在第一章,本文首先阐述了带电粒子与等离子体相互作用的研究背景以及研究进展情况,提出本文的研究目的。第二章至第六章的内容安排如下：在第二章,本文采用线性介电响应理论研究了单个离子在磁化二份量等离子体中的尾势以及能量损失,考虑了等离子体中离子极化效应的影响。在这里我们主要关注磁场强度对入射离子能量损失的影响。研究发现外磁场对等离子体中离子的极化效应以及低能离子束的能量损失有显著的增强效果。在强磁场环境下,低能离子束与等离子体中背景离子之间的能量交换占主导地位。此外,本章还详细研究了不同入射角以及等离子体参数对能量损失的影响。随着入射离子与等离子体之间耦合强度的增加,线性理论不再适用,我们需要考虑非线性效应对能量损失的影响。本文在第三章中采用自洽的粒子模拟方法研究了入射离子与等离子体之间的非线性相互作用。首先通过对比一维粒子模拟与线性理论结果发现：非线性效应对低能离子的能量损失有着增强作用；而对于高能离子非线性效应可以忽略,粒子模拟结果与线性理论结果基本吻合。进一步,本章将一维模型扩展到二维情况,考虑了入射离子在等离子体中所激发的尾场分布情况。模拟结果发现：在弱磁场情况下,入射离子在等离子体中激发的尾场呈现对称的马赫锥位形,并且随着入射离子速度的增加,马赫锥的锥角逐渐减小。而在强磁场情况下,马赫锥位形消失,尾场变得高度非对称。此外,本章还将二维模型计算得到的阻止本领与一维以及全三维模型所得结果作对比。对于结构较大的离子团簇或者高密度离子束,除了需要考虑离子本身与等离子体相互作用外,还需要考虑团束离子之间的相互作用,即离子之间的关联效应。本文在第四章中采用二维粒子模拟方法自洽地研究了离子团在磁化等离子体中的密度演化以及能量沉积过程。重点关注了不同磁场强度对这些物理参量的影响。模拟结果发现关联效应对离子团束在等离子体中初始穿行阶段的能量损失有着明显的增强作用。研究表明关联效应主要与团离子之间的距离有关。在弱磁场情况下,由于离子之间的库仑斥力,团离子之间的距离迅速增加,离子团将能量主要沉积在初始注入位置处。而在强磁场下,由于强磁场的约束,离子之问的距离增加较缓慢,离子团将能量较均匀地沉积在穿行路径上进一步,本文在第五章中研究了辐照激光场对等离子体极化以及离子束能量损失的影响。研究发现：随着激光场的频率接近等离子体中电子的振荡频率,入射离子在等离子体中的能量损失出现明显的减小趋势。这种减小主要是由于等离子体中的电子通过波加热的形式从激光场中吸收能量,进而使得其温度显著升高所导致的。本文在第六章中首先采用二维的静电粒子模型研究了低能连续离子束在等离子体中的纵向调制效应。研究发现低能离子束在纵向上激发的振荡尾场会将连续束截断成周期性的束脉冲。脉冲之间的间隔由等离子体密度以及束的速度决定。最后,本文采用二维电磁模型研究了高能离子束在等离子体中的径向聚焦效应。