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核生化危害是人类面临的巨大威胁之一，常常给人类带来深重灾难。核生化危害离不开危险物质的传播。危险物质传播有的需要传播介质，比如核生化污染物在空气中形成气溶胶，以空气为载体进行传播，从而对人员和环境造成危害。有些危险物质传播不需要传播介质，而是通过接触传染直接传播，比如病毒的传播。对危险物质危害的控制需要考虑控制效果和控制代价，通常控制代价和控制效果是相关的。采取什么样的控制措施和控制力度才既能达到控制目标又使控制代价最小？这是一个涵盖自然科学和人文、社会科学的优化控制问题。因此对危险物质传播和优化控制原理研究具有重大现实意义和科学价值。本论文研究了以下6各方面的问题。 (1)建立了核事故危害预测扩散模式(NDM)，对WRF与NDM进行了耦合，针对朝鲜可能发生的核事故进行了示范性模拟。应用自然控制论思想，建立了核事故危害优化控制模型，提出了应急行动代价和事故损失函数的具体表达式，将应急行动代价和事故损失定量化，给出了事故源控制、警戒、疏散、防护、洗消、人员伤亡、医学救治等优化控制模型参量计算方法。 (2)建立了具有控制变量的传染病模型和具有免疫期的传染病模型，推导了基于伴随算子原理的传染病模型多参数反演方法，对甲型H1N1流感进行了模拟和预测，并根据甲型H1N1流感、常规流感的实际疫情数据，对传染病模型的可靠性和准确性进行了对比研究，结果明显优于国际上同类模型。建立了传染病疫情优化控制模型和模型的求解方法，针对北京市2003年SARS疫情，进行了优化控制示范性模拟。 (3)建立了化学事故危害预测扩散模式(CDM)，应用外场扩散试验和水槽试验对CDM的准确性进行研究和验证，数值模拟结果与试验结果吻合很好。建立了毒性计量方法，得出了致死概率、重度伤害概率、中度伤害概率和轻度伤害概率的普适计算方程，给出了伤亡人数计算方法。发展了化学危害优化控制理论，提出了多个固定化学风险源和移动化学风险源的控制原理。 (4)建立了活性炭吸附动力学模型，推导出固定床动态扩散的理论方程组，得出了浓度c、剩余活性中心数n和吸附量m的解析解，发现了经典Bohart-Adams模型的解存在的问题及其所引起的理论误差，推导证明了Bohart-Adam模型控制方程不满足物质守恒原理，对活性炭吸附动力学模型进行实验验证，理论结果和试验结果吻合很好。给出了防毒时间计算公式标准表达式的理论参数及物理意义。 (5)研究了毒剂在水泥板中的扩散原理，应用Laplace变换，求解了毒剂在水泥版中一维扩散方程的解析解，推导出精确求解扩散参数的理论表达式，给出了经典求解扩散参数方法的理论误差，得出了毒剂穿透水泥板所需时间与板厚成平方关系的科学结论。 (6)研究了毒剂在涂层中的扩散原理，应用Laplace变换得到了毒剂在涂层中吸收方程的解析解，推导出精确求解扩散系数的理论表达式其理论误差为0。研究了芥子气、梭曼、VX3类典型毒剂在几种常见装备涂层（醇酸、环氧树脂、聚氨酯涂层）中的吸收和解吸过程，得到了吸附和解吸两个阶段的扩散系数。