等离子体粒子模拟是从最基本的力学运动规律出发，通过在计算机上跟踪大量带电粒子在自洽场和外加电磁场中的运动来模拟等离子体的动力学特性，从而得出被模拟系统随时间的演化过程。由于等离子体粒子模拟方法具有其他仿真方法难以企及的计算精度，能够高度精确地反映出等离子体的行为，因此在研究等离子体的数值仿真方法当中具有不可替代的作用，目前已经成为独立于理论和实验方法之外的研究等离子体的第三种研究方法。然而目前的等离子体粒子模拟方法存在计算量大、消耗机时长的问题，这是制约着等离子体粒子模拟方法发展和应用的最大障碍。　　现有的等离子体粒子模拟算法多是基于CPU进行设计和开发的串行算法，所以其计算速度已经难以提高。针对这一问题，本文提出并构建了基于CUDA架构GPU的等离子体粒子模拟并行算法。该方法利用GPU进行异构计算，让GPU和CPU协同工作，使得等离子体粒子模拟的运算速度提升100多倍，从而使等离子体粒子模拟方法的计算效率和应用价值大幅提升。　　针对基于CUDA的等离子体粒子模拟方法中存在着元胞粒子列表更新缓慢的问题，本文提出了基于偏移量的元胞粒子列表更新算法，并成功应用这一算法解决了该问题。通过对基于CUDA的等离子体粒子模拟方法计算加速比的研究，得出下列结论：计算加速比随着模拟区内网格数目的增多而增大；随着模拟区内带电粒子数目的增多，计算加速始终保持高效和稳定。所以本文建立的基于CUDA的等离子体粒子模拟方法具有高度的稳定性和极高的计算效率。　　细长管内表面的离子注入处理一直是表面改性领域中的难题。针对这一问题，本文提出了管内电感耦合射频等离子体离子注入方法，并利用等离子体粒子模拟方法对细长管内部等离子体产生与离子注入动力学过程进行研究，获得细长管内感性耦合射频放电、鞘层扩展规律以及内表面的离子注入均匀性规律，从而为实际的细长管内表面离子注入处理技术提供理论依据。　　细长管内的感性耦合射频放电研究结果表明：随着电感线圈直径增大和螺距减小，管内电子和离子的数目随之显著增多，电子能量以及高能量电子的数目也随之显著增大；随着射频电流增大和射频频率上升，管内高能量电子数目增多，电子与中性气体的碰撞增多，电子和离子数目的增长速率上升，管内的电子密度和离子密度上升。　　高压对管内射频放电影响研究结果表明：在电感线圈内部由于电感耦合射频放电产生大量的新生电子和离子，而电感线圈与管内壁之间的等离子体在径向电场力的作用下会被迅速消耗，从而使电感线圈内部形成等离子体高密度区。注入到管内壁的高能离子会使管内壁产生二次电子发射密集区，二次电子与中性气体发生离化碰撞之后使得管内壁附近形成等离子体的产生区。　　随高压幅值提高，管内电子密度和离子密度下降，等离子体消耗速率上升，电子和离子的能量逐步提高。当高压幅值达到一定程度，电感耦合射频放电产生的新生电子和离子不足以弥补高压导致的数量损失时，管内的等离子体将会逐渐消耗完。随着高压脉冲上升沿缩短，管内电子和离子数目的下降速率增大，电子密度和离子密度随之降低。当电压达到脉冲电压平台之后，管内电子和离子的能量分布并未受上升沿的影响而产生显著变化。随着二次电子发射系数的增大，管内电子与中性气体发生的离化碰撞增多，电子数目和离子数目的增加速度随之提高，电子密度和离子密度也随之上升，管内部高能量的电子数目随之增多，但离子能量分布则几乎不受其影响。　　管内表面感性耦合等离子体离子注入过程的数值仿真研究结果表明：在管内放置电感线圈，通过电感耦合射频放电产生等离子体的过程中，电感线圈在发挥等离子体源作用的同时还可以起到地电极钳制电位的作用，然后在电感线圈与管内表面之间建立起强大的径向电场。电感线圈内部空间电位较低，位于电感线圈内部的离子在注入到管内壁过程中将经历较大的电位降，从而具有较高的能量。不仅如此，电感线圈还可以使其内部离子消耗速率下降，从而延长离子注入时间，降低对高压电源的要求。　　随着等离子体密度增大，管内等离子体鞘层的厚度和扩展速度均下降，注入离子能量上升。随着电感线圈螺距增大，管内等离子体消耗速度加快，离子平均注入能量下降，管内等离子体鞘层的厚度和扩展速度均上升。随着电感线圈直径增大，管内鞘层发生重叠的时间延后，离子注入的平均能量随之上升，但是离子注入的剂量均匀性则随之下降。随着电感线圈导线直径增大，管内等离子体鞘层的扩展速度降低，等离子体鞘层发生重叠的时间延后，注入到管内壁的高能量离子数目增多，离子平均注入能量随之上升。随着管内径的增大，管内鞘层重叠时间推迟，注入到管内表面的高能量离子数目减少，离子的平均注入能量下降，而离子注入剂量均匀性则随之上升。随着管上负高压幅值的增大，管内初始鞘层厚度增大，鞘层扩展速度也加快，鞘层发生重叠的时间随之提前，管内表面上的离子注入能量随之上升，离子平均注入能量也随之提高，但离子注入剂量均匀性则随之下降。