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本论文的工作主要是围绕超强激光与固体薄膜靶相互作用中的离子加速，以及利用高能离子束发射研究与“快点火”惯性约束核聚变相关的超热电子束的输运问题而展开的。论文包括四个部分：超强激光与固体薄膜靶相互作用中离子加速；利用离子发射和靶后自辐射诊断超热电子束在不同介质中的输运；激光与固体靶相互作用产生的K尉线源；以及离子束实时探测系统的发展。
第一部分是对超短超强激光与薄膜靶相互作用中高能离子加速的研究。在第二章中，我们着重研究了飞秒预脉冲对激光驱动的离子加速的影响。结果表明，fs预脉冲形成的冲击波使离子束的能量大大降低，破坏了离子束的准直性，并导致空间分布出现显著的调制性。指出了抑制预脉冲效应对离子加速的重要性。
在第三章中主要介绍了利用激光离焦的方法来有效优化超强激光驱动的离子加速。当主脉冲前有较强的预脉冲时，通过适当的离焦可以有效抑制预脉冲效应对离子加速的影响，使离子束的产生效率提高3个数量级，且准直性得到显著改善。通过PIC模拟发现，在激光信噪比较好的情况下，也可以通过离焦优化离子加速。这为我们今后对激光驱动的离子源的进一步优化提供了参考和依据。
第四章主要介绍了利用高信噪比激光与超薄(～10nm)薄膜靶相互作用获得了能量高、准直性好的离子束，而且发现薄膜靶存在最佳厚度使离子束的截止能量和发射强度达到最强。这一结果直接验证了董全力等人关于靶的最佳厚度为激光的有效趋肤深度，即dopt=dskin的理论模拟。分析认为电子横向发散和输运效应、电子回流效应，以及激光穿透效应先后对离子加速起着重要影响。同时，我们指出高信噪比激光对获得高质量的离子束的重要性。
第二部分主要是利用高能离子束的发射，研究与“快点火”惯性约束核聚变相关的超热电子束的输运问题。我们将离子发射和靶后自辐射光有机结合，对超热电子在不同介质内的输运问题进行了诊断。结果表明输运介质的初始电导率和密度对电子输运有显著影响。当输运介质为绝缘介质时，超热电子的输运将受到反常电场的阻止，当介质为真空时，阻止效应非常显著。同时由于各种不稳定性的影响，电子束在传输过程中出现不均匀和成丝的现象。
第三部分研究了超强激光与固体靶相互作用产生的K射线源。利用刀边成像技术和单光子X射线CCD相结合的测量方法，对Ka射线源的空间特性、能谱特性和转换效率同时进行了测量。根据测量的转换效率，并结合蒙特卡罗模拟，对激光能量转化为前向电子的效率进行了估计。
第四部分是离子探测器和离子束角分布实时测量系统的发展。着重介绍了我们发展的由快响应塑料闪烁体和ICCD构成的离子束角分布实时测量系统，对系统的探测原理、设计思想以及测试进行了详细的探讨。这套实时测量系统从原理上完全不同于传统的离子探测器，极大地提高了实验效率，而且具有对实验条件要求低、运行可靠的优点。