高能反向粒子流是强流离子源运行过程中不可避免的难题,而未来聚变反应需要更高功率和更长脉宽的中性束,因此高能反向粒子流是强流离子源大功率长脉冲运行的研究重点之一。本论文主要从理论出发,分析了高能反向粒子流产生的物理机制,并基于强流离子源实验平台开展高能反向粒子流的实验研究,基于诊断手段进行了高能反向粒子流的热沉积分布等分析,开展强流离子源反向粒子流的特性研究,继而开展抑制反向粒子流危害的优化方法研究,从而满足强流离子源高功率长脉冲安全稳态运行的目标。根据碰撞理论,基于先进实验托卡马克（EAST）中性束正离子源和中国聚变工程实验堆（CFETR）中性束射频负离子源的结构,分析了高能反向粒子流在离子源束引出系统中产生的物理过程,优化计算模型,分别估算得出正源反向电子流功率约占引出束功率的7.4%,负源反向正离子流约占束流的2.8%。基于热参数和电参数测量,理论结合实验,丰富和完善了反向电子流的诊断方法。使用水流热量计系统,开展了弧室及电极热承载部件的热参数分布研究,定性地研究了反向电子流功率量级及其主要沉积位置。使用抑制极电流作为表征反向电子流的电参数,理论计算了在不同加速电压下,抑制极负高压设置值的下限值。使用梯度电极电流作为表征反向电子流的电参数,理论计算梯度电流的量级,与实验对比。解决反向电子流的表征问题和诊断方法。基于现有的实验条件,提出优化反向电子流方案,包括减小反向电子的产额,及反向电子沉积位置集中给弧室带来的危害。通过理论计算引出束散角与导流系数的关系,实验上验证导流系数的增加使得反向电子增加,而束散角对反向电子影响较弱。通过物理分析和仿真模拟,研究弧室磁场尤其顶部中心磁铁对反向电子沉积分布的影响。最后,通过理论计算进气量对反向电子产生的影响,设计完成了进气量对反向电子流影响的相关实验,验证了控制进气量对减少反向电子产额的积极影响。建立负源加速器空间真空梯度计算模型,理论研究真空梯度对负离子剥离损失的影响,借鉴国际上针对反向正离子流的研究方法,结合CFETR中性束负源样机的结构,提出利用热电偶测量弧室背板上正离子沉积功率分布的诊断方案,提出利用溅射探针检测离子源内铜污染的来源和推导反向正离子流及其功率大小的诊断方案。