高能带电粒子形成的束流是各类天体活动现象中最常见的产物之一。在太阳物理中，硬X射线和射电爆发是高能电子束流在太阳大气中存在的两个直接证据。例如，非热高能电子束流在太阳大气中的非热轫致辐射被认为是太阳耀斑爆发中硬X射线辐射的主要来源。另一方面，捕获在太阳磁场中的非热高能电子束流产生的电子回旋脉泽辐射亦被广泛用于解释各种太阳射电爆发现象。因此，对高能电子束流的产生、输运和耗散等问题的研究一直是天体物理研究领域的前沿热点课题。　　一个高能电子束流在等离子体中传播时必将引起等离子体内的一系列电磁活动现象。例如，束流传播本身引起的强大瞬间电流将产生极强的自生磁场并通过洛伦兹力对束流本身的传播产生重要影响。早期的研究显示这将限制高能电子束流引起的电流不能超过某一极限值、即所谓的“阿尔文—劳森极限”(Alfven-Lawson limit)。然而，实验室产生的相对论性等离子体电流和多种太阳活动产生的束流电流值都远大于阿尔文—劳森极限。这意味着在束流传播过程中需要引入某种抑制或抵消束流磁场的过程或机制。于是，“回流(return-current)”的概念被提出。回流是指在束流传播过程中，背景等离子体将感应产生一个反向电流，即回流（通常由背景等离子体中的电子漂移运动形成），以中和束流电流(beam-current)、并进而有效地抑制束流磁场。于是，“束流—回流系统(beam-return current system)”已经成为研究带电粒子束流在等离子体中传播过程的一个基本理论模型。深入研究束流—回流系统中的等离子体不稳定性及其波—粒相互作用对进一步理解束流在等离子体中的传输和耗散等问题无疑具有及其重要的意义。　　本论文的第一章简单介绍了太阳大气中的高能电子束流及束流—回流系统，包括太阳大气中高能电子束流的观测证据和束流—回流系统的基本理论。例如回流的提出、形成、模拟、观测、及其不稳定性等。　　论文第二章深入研究了太阳耀斑中束流—回流系统中由于等离子体波—粒相互作用导致反常电阻的形成机制，以及欧姆定律在束流—回流系统达到稳态时的表达形式。我们的结果表明，耀斑爆发产生的非热高能电子束流首先激发背景等离子体中的朗缪波湍流，并加热背景电子，以至其中部分超热电子能够逃逸朗缪波湍流的捕获、响应束流传播激发的感应电场，并进而形成回流。当回流电子的漂移速度大于离子声速时，将进一步激发背景等离子体中的离子声波不稳定性，并形成离子声波湍流。该离子声波湍流将通过波—粒相互作用进一步引起回流的反常电阻，相应的电导率称为Sagdeev电导率。计入这一反常电阻效应，本文给出了欧姆定律以及相应的回流电场在束流—回流系统达到稳态时的一般表达形式。　　太阳耀斑硬X射线的环顶源和足点源通常被认为是由高能电子束流沿冕环从位于日冕的环顶向位于色球层的环足传输过程中产生的。因此，硬X射线环顶源与足点源之间的对比分析为研究高能电子束流的传输过程提供了一个很好的机会。Battaglia和Benz详细分析了由高分辨率硬X射线卫星RHESSI观测到的5个同时具有环顶源和足点源的硬X射线耀斑事件，发现其中发生在2003年10月24日和2005年7月13日的两个耀斑事件中的回流电流的估计值都远大于束流电流，显然与束流—回流系统理论相矛盾。我们进一步的分析发现，这两个事件中的回流都能够有效地激发离子声波湍流。特别是，我们发现当计入离子声波湍流引起的反常电阻后，回流电流的估计值能够合理地与束流电流大小一致，即如束流—回流系统理论所预期的那样有效地中和束流电流。我们的这一结果意味着束流—回流系统所激发的等离子体波及其波—粒相互作用有可能对束流在等离子体中的传输与耗散过程产生重要影响。　　当高能电子束流沿冕环传输进入色球层后，电子—中性原子的碰撞对束流电子的能量耗散可能有重要影响。在论文的第三章中，我们深入研究了包括库仑碰撞、回流电场和同中性原子碰撞等多种能量损失机制共同对束流电子入射能谱的影响。我们的结果显示回流电场和中性原子碰撞是束流电子能量的主要损失机制，并都将导致入射电子能谱在低能端变得更加平坦，进而形成双幂律能谱。进一步的分析表明，在日冕和过渡区中，束流电子的能量损失主要由回流电场引起，随着进入色球层，中性原子碰撞引起的能量损失变得越来越重要。特别是，当束流电子进入色球层较深位置时，中性原子碰撞对入射能谱的影响将大于回流电场的影响。同时，我们的结果也显示，当到达足点源时形成的高、低能端幂律能谱间的谱指数之差、以及双幂律谱间的转折能量将依赖于回流电场的大小和注入色球层的深度。回流电场越大，注入深度越深，谱指数之差和转折能量越大;反之，回流电场越小，注入深度越浅，谱指数之差和转折能量越小。　　本文第四章简要总结了本论文的主要研究结果，并对相关领域的未来发展进行了简单展望。