内磁层中，在热的磁尾等离子体片、冷的等离子体层和粒子被束缚的辐射带/环电流区域间存在很多边界，例如阿尔芬层、等离子体层顶、等离子体层边界层等。内磁层中同样存在多种结构，如等离子体层顶附近的DrainagePlume，Channel，Shoulder，还有被称为“鼻子事件”的离子分布的鼻子状结构，等离子体涡流结构等。这些边界及结构的形成及离子分布特征一直是磁层物理研究中的一个重要和热点问题，具体问题括包括:多带鼻子结构中不同能量离子的L值穿透位置能否用离子的开放和闭合漂移轨道分界线解释，多带鼻子结构的形成原因又是什么？内磁层中的等离子涡流是如何形成的，与内磁层、磁尾等离子体片和电离层这些不同区域的联系又是什么？本文的第一部分和第二部分着重研究这两个问题。　　本文发现，Cluster/CODIF在2002年4月11日观测到的多带鼻子结构不同能量的离子条带的L值穿透深度位置可以由UBK方法计算的离子开放和闭合漂移轨道分界线解释。对卫星向外穿出内磁层时段，计算得到的开放和闭合轨道分界线总体上要比观测到的L值穿透深度要小。对于向内穿入内磁层时段，开放和闭合轨道分界线要比卫星穿出内磁层时段大，与观测到的L值穿透深度更为一致。多带鼻子事件的形成可能与观测到的等离子体涡流有关，涡流伴随的局地强晨昏方向电场可能是多带鼻子结构形成的原因。　　通过对多带鼻子结构事件期间Cluster卫星在内磁层边界层鼻子结构靠外区域观测到的两个等离子体涡流结构的分析，本文不但获得了涡流结构的特征参数，而且发现存在与涡流密切相关的双向电流片和双极电场及能量小于1 keV、投掷角分布集中于平行和反平行磁力线方向的电离层单价氧离子上行。等离子体涡流形成在极区电离层上行流和磁尾重联产生的爆发性整体流的突然减速和/或方位角方向偏转的交界面内，可以将内磁层、磁尾等离子体片和电离层通过磁场剪切应力和等离子体流动量耦合联系起来，还可能影响到多带鼻子结构的形成。　　另外一个重要问题是环电流离子及辐射带电子的起源、加速、传输及损失，其中涉及到粒子与甚低频(VLF)与超低频(ULF)波间的共振相互作用。超低频(ULF)波是频率在1mHz到1 Hz之间的磁流体力学波，可以与离子和电子发生漂移-弹跳和漂移共振相互作用，是粒子加速的重要机制之一，但是迄今为止仍有许多问题需要解决，其中之一是行星际激波及其激发的极向模和环向模阿尔芬波能否通过漂移-弹跳共振对等离子体和能量离子快速加速。这是本文第三部分要研究的问题。　　本文对2004年11月7日行星际激波事件的研究表明，行星际激波激发的极向模和环向模阿尔芬波可以快速加速等离子体和能量离子。激波到达后，离子能谱在平行和反平行磁场方向出现了多条受超低频波调制的能量色散特征;离子方位角方向能谱与超低频波电场对应的电场漂移速度高度相关，冷热离子在超低频波电场的不同相位中得到加速和减速。激波到达后～1分钟和～12分钟，1-20 keV间氢、氧离子温度增加了2倍和3倍，20-1000 keV间高能离子能谱变硬。本文发现对氢、氧离子的加速主要来自离子与超低频波的漂移-弹跳共振，行星际激波的压缩效应贡献相当有限。进一步分析表明积分氢、氧离子通量与极向模高度相关，与环向模的相关则可忽略，氧离子与极向模波超低频波高相关持续时间比氢离子更长，说明在内磁层极向模超低频波比环向模超低频波能更有效地加速氢、氧离子，而且氧离子比氢离子更容易得到有效加热、加速。超低频波也与能量电子间发生了漂移共振，使得能量电子得到了快速加速。同时通过共振相互作用对能量电子及能量离子快速加速表明超低频波在内磁层粒子加速中起着重要作用。　　本文结构组织安排如下:第一章简述内磁层粒子动力学和超低频(ULF)波与粒子相互作用;第二章介绍卫星数据和分析方法;第三至第五章阐述本文主要数据分析及模型计算结果;最后是结论部分。