强流离子束在离子束驱动快点火、温稠密物质产生以及肿瘤治疗等领域有非常重要的研究价值。本论文采用数值模拟和理论分析的方法研究了超强激光与等离子体薄膜靶相互作用中强流离子束的产生及其在等离子体中的输运过程,主要研究内容如下:一、研究了激光辐射压加速中横向不稳定性的发展过程。当激光作用到调制靶表面时,横向不稳定性迅速激发,质子束密度出现周期性扰动。通过对质子平均面密度的傅里叶分析诊断了横向不稳定性的增长率,发现横向不稳定性在持续几个激光周期的线性增长后便达到饱和。为了优化靶的调制参数,提出一种利用信息熵的方法来描述横向不稳定性的混乱度。当选取最优调制波长时,横向不稳定性展现出较低的混乱度,有利于产生准单能的质子束。二、研究了相对论激光脉冲与超薄碳-氢弓形靶相互作用时激光触发库仑爆炸的质子加速和聚焦机制。当一束强线极化激光照射到薄靶上时,大量电子被排出,靶内剩余过量正电荷而发生库仑爆炸。伴随着加速过程,质子束在主要由碳离子驱动的库仑场中被径向聚焦。通过建立一个理论模型来预测质子能量以及其聚焦位置,理论结果与模拟结果吻合很好。三维数值模拟结果表明,对于功率密度为2.4×10211 W/cm2的激光脉冲,可以产生峰值密度约为40nc,能量密度大约为3×1017J/m3的质子束团。此外,研究了激光和靶参数对库仑爆炸驱动质子聚焦的影响。研究表明,线极化激光脉冲的使用有利于库仑爆炸的迅速发生,而激光脉冲的大焦斑保证了径向库仑场的均匀性,弓形靶的几何特性和碳离子的缓冲层特性有利于质子的前向聚焦。三、研究了离子束在部分电离等离子体中输运的阻止本领和电阻率的建模。首次在混合模拟程序中实现了自由电子的BPS阻止本领模型以及修正过的束缚电子Bethe阻止本领模型,对自由电子阻止本领和束缚电子阻止本领的贡献求和而得到总阻止本领。对于电阻率模型,完整考虑了适用于各个温度段的电子碰撞频率,包括适用于低温条件的电子-声子碰撞频率、适用于中温条件的电子-电子间碰撞频率以及适用于高温条件的Spitzer模型。四、研究了阻止本领模型、阻尼磁场、离子束初始发散角及材料电阻率等物理因素对质子束在固体靶中输运的影响。通过混合模拟研究发现,不同制动模型给出的射程的差异,会影响离子束在物质中的能量沉积。阻尼磁场和离子散射效应对离子束在固体靶中的传输都很重要,二者彼此竞争:当靶未完全电离时,自生阻尼磁场效应占主导地位;当靶完全电离时,离子散射效应占主导地位。还研究了欧姆加热在质子束能量沉积过程中的重要性,发现欧姆加热占束能量百分比可高达20-30%。此外,研究发现质子束的初始发散角是一个不容忽视的物理因素,它会影响质子束在固体靶中的能量沉积分布。五、研究了阻止本领模型对离子束驱动快点火的影响。研究发现,针对快点火条件,BPS阻止本领得到的离子束射程比传统制动模型下得到的结果高20%,这种射程的增大会导致离子最低点火能量的增大。研究还发现,射程的增大对于麦克斯韦分布质子的最优点火能量没有影响,但可以使准单能碳离子的最优点火能量从300 MeV下降到250 MeV,这对于碳离子束驱动快点火是非常有利的。