从强流脉冲离子束（High-intensity pulsed ion beam—HIPIB）技术自身发展及在材料工程领域的应用两个层面出发,在TEMP-6型HIPIB装置上开展了脉冲离子束形成理论及辐照作用机理研究。针对装置的核心组件—磁绝缘离子二极管（Magnetically insulated ion diode—MID）,研究了脉冲期间二极管中等离子体形成、扩展和离子束引出的响应机制。针对HIPIB与材料相互作用过程中的能量沉积,研究了脉冲离子束辐照在材料中的能量沉积规律。针对双极脉冲模式下脉冲期间MID的响应过程,借助自磁绝缘离子二极管响应过程特性的实验结果,通过建立平面离子二极管模型,分析了双极脉冲模式负脉冲阶段二极管中的行为特性。理论计算了阳极表面微凸对电场的增强作用,发现微凸的存在使微观电场强度较宏观电场强度增强了2-4个数量级；引入无量纲参量磁场发散度DM讨论了MID自磁绝缘性能,确定了理想的绝缘性能与较小DM的依赖关系。对双极脉冲模式下中间延迟脉冲的分析,确立了中间延迟脉冲在二极管响应中的作用：一方面,扩展阳极等离子体,使阳极等离子体在二极管间隙充分扩展；另一方面,增大二极管间隙等离子体密度,为正脉冲离子束引出提供充足的离子。分析整个双极脉冲阶段MID阻抗和导流系数,发现二极管的响应过程是脉冲不同阶段的不同作用间的连续时域传递。针对另一种脉冲模式—单极脉冲模式下脉冲期间MID的响应过程,借助外磁绝缘离子二极管响应特性的实验结果,通过建立同轴圆柱形离子二极管模型,计算了二极管间隙电场和临界磁场分布,确定了初始阳极等离子体的形成机理和形成区域分布。阳极聚合物膜的存在使聚合物膜表面电场强度提高了2-3倍,二极管采用的不均匀间隙使得窄端电场强度远高于宽端电场强度。二极管窄端区域在电压脉冲施加15 ns左右,由于较大电场梯度作用首先雪崩击穿形成初始阳极等离子体,随后在电磁场梯度下沿面闪络增大等离子体密度且击穿和闪络区域向宽端扩展。考虑不同时刻引出离子的能量差异,给出离子的引出速度分布和真空传输14.5 cm的飞行时间（Time of flight-TOF）分布。不同时刻引出离子TOF的差异,导致得到的离子束流密度宽度远大于引出电压脉冲宽度,同时造成离子束流密度对应的离子能量分布与引出时的离子能量分布存在明显差异。利用Monte Carlo （MC）方法,分析了不同能量、单一能量和确定脉宽离子束辐照的能量沉积分布。离子束辐照的能量沉积是一个由里及表的过程,离子射程随入射离子能量的增加而增大,增大趋势与入射离子质量紧密相关；离子在靶中传播时发生散射,散射分布与离子射程变化趋势一致,但散射范围远小于离子射程；离子束辐照沉积的能量并不随入射能量的增加而持续增加,而是存在一个与靶材属性相关的临界值,超过这一临界值,沉积能量随入射能量的增加将减少。确定脉宽离子束脉冲期间辐照沉积的能量持续增加,增速由离子束成分配比和离子束流密度特性决定。考虑离子的TOF作用,分别得到了两种脉冲模式下作用到材料表面上的HIPIB能量分布规律。脉冲期间不同种类离子TOF的差异,使得材料表面的离子能量分布出现明显的分峰结构,且时域分布拉长；材料表面的离子能量分布为单一种类离子能量分布向多种类离子复合能量分布转变的复合分布。利用离子的TOF作用,建立起离子能量分布与离子束流密度分布之间的联系,推演出材料表面实际的离子束流密度分布。考虑离子TOF作用对HIPIB能量分布的影响,得到了脉冲离子束辐照材料的能量沉积规律。离子束辐照能量沉积区域有逐渐浅化的趋势,沉积的能量逐渐在浅层富集；离子束在材料表面能量分布的不连续性,使能量沉积分布出现不连续性；C+作用到材料表面时,不同阶段的和总的能量沉积分布存在明显的跃变。HIPIB与材料相互作用的能量沉积过程中分散峰的存在,是其辐照改性表面作用的一个重要特征。