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本论文的第一部分论述区域热力学平衡(LTE)和非平衡状态(Non-LTE)下天体等离子体中原子过程.利用Saha方程，计算了各种元素的离子态分布，这是进行任何精确谱分析和等离子体状态方程计算的基础，也是进行等离子体模型建立的第一步，在失真波近似下计算了原子结构和辐射(能级，振子强度，电子影响电离截面，光电离截面).通过解几率方程，提出了稳态下的非热力学平衡碰撞辐射模型.基于这个碰撞辐射模型和计算的原子数据，计算了稠密天体等离子体中类氖铁离子的粒子数反转.研究了X射线脉冲星(Centaurus X-3)中类氖铁离子受激放大的可能性的物理条件，在这些物理条件下，提出了Centaurus X-3中子星中天然激光存在的可能性.
论文的第二部分论述激光等离子体相互作用中的离子加速.包括了强激光(～1019Wcm-2)与稀疏氢等离子体(0.3nc)作用下的离子加速，通过两束相向的强激光辐射到气体介质中产生了稀疏等离子体布拉格光栅，较强的激光强度下，由于局域壳层场离子在等离子体布拉格光栅内被加速.更高的光强下，低频的电磁场被等离子体布拉格光栅捕获，形成孤波.孤波波破导致快离子的生成，并提供了新的激光驱动离子加速机制.
通过一维particle-in-cell模拟，研究了超强激光脉冲与泡沫靶相互作用中靶材和激光参数对氘核能量谱的影响.论述了泡沫靶的密度怎样影响了氘离子加速，并且优化了氘离子加速中的激光参数(强度，入射角)和泡沫靶参数(电子密度，泡沫层厚度).模拟结果表明氘加速对激光在泡沫靶等离子体中的传播很敏感.激光在最低密度的泡沫靶中传播的最好，在优化入射角下可将氘核束加速到126 Mev。这种泡沫靶中大规模离子加速产生的高密度高能量的氘离子有一些潜在应用，例如快点火中的快质子以及激光中子源.