自从二十世纪八十年代中期发现在丰中子核11Li中存在晕结构以来，利用放射性次级束进行远离β稳定线核的奇异结构(晕或皮)研究就成为当前核物理研究中的重要前沿之一。核反应总截面是表征核反应和原子核特征的一个基本量，它与核的空间尺寸有着直接的联系；弹核碎裂反应产物动量分布宽度对价核子在坐标空间内弥散程度以及价核子组态非常敏感。因此，对核反应总截面和弹核碎裂反应产物动量分布的直接测量是进行远离β稳定线核奇异结构实验研究的两种主要手段。　　 第一部分以中能区N=10附近丰质子核的反应截面和弹核碎裂反应产物动量分布的实验测量为中心，系统地阐述了利用放射性次级束来研究晕或皮结构的最新进展，并对其中的一些重要问题进行了比较深入的实验和理论研究。　　 丰质子奇异核的寻找、判定以及相应的结构研究在远离β稳定线核奇异结构研究中占有重要地位。由于库仑位垒和离心位垒的影响，客观上丰质子核的数日少于丰中子核数目，在大多数情况平丰质子核的同位旋不对称度(｜N-Z｜)小于丰中子核，并且即使是分离能很小的价质子被核芯束缚得要比相同情况下价中子紧，因此对于丰质子核来说很难形成如丰中子核11Li一样明显的晕结构。目前，对丰质子核奇异结构的研究相对较少，实验上发现可能存在晕结构的轻丰质子核有8B、17Ne以及17F的第一激发态等。对于更重(A＞20)的丰质子核，由于价核子可能排布在1d或2s壳层上，其结构会更加复杂。　　 丰质子核23Al单质子分离能很低，远小于邻近核22Mg的单质子分离能，很可能形成由核芯22Mg加上一个价质子组成的弱束缚两体结构。在中国科学院兰州近代物理研究所RIBLL放射性束流装置上进行的～30A MeV能量下23Al及其邻近核的反应总截面测量实验表明，23Al的反应总截面有一个明显的抬升，显示出23Al可能存在单质子晕结构的迹象。理论研究指出，23Al基态价质子的组态对23Al中可能存在的单质子晕的形成机制至关重要，因此如何从实验上确定23Al基态价质子的组态成为研究23Al结构的关键。　　 发展了一个新的实验方法(透射一输运法)，该方法可以同时测量中能下远离β稳定线核的反应总截面、单(双)核子剥离截面和碎裂反应产物的平行动量分布。基于透射一输运法，于2004年在日本理化所RIPS放射性束流装置上测量了能量约为70AMeV的23Al及其邻近核(N=10，11)的反应截面及其相应的碎裂反应产物的平行动量分布，实验编号为R357。　　 R357实验采用直接飞行时间法测量单质子剥离反应碎片平行动量分布，同时采用束流透射法测量反应总截面；R357实验分别进行了有靶实验和空靶实验，并在离线分析中通过空靶修正方法将放射性核束在12C反应靶之外(主要是放射性次级束所穿过的各探测器)发生核反应所产生的本底予以扣除，以提高实验测量的精度。束流透射法与直接飞行时间法要求在反应靶前对入射弹核进行鉴别，在反应靶后对剩余弹核以及弹核碎裂反应产物进行鉴别。R357实验采用Bp-△E-Tof关联来实现靶前粒子鉴别，这是一种束流光学和反应动力学联合鉴别方法，通过对放射性束流的动量选择可以提高入射弹核的强度。R357实验采用△E-E-Tof关联来实现靶后粒子鉴别，实验装置在靶后段具有很大的几何与动量接受度，可以同时鉴别和测量多种剩余弹核以及相应的弹核碎裂反应产物。　　 在R357实验的数据分析工作中全面使用了空靶修正方法，提取出了能量约为70A MeV的23，24Al的反应总截面、23Al的相互作用截面，并首次获得23Al的单(双)质子剥离反应截面σ-1p(σ-2p)、质子中子剥离反应截面σ-1pln以及转移反应23Al+n→23Mg+p的截面，首次获得23Al、22Mg、21Na以及24Al的单质子剥离碎片平行动量分布。　　 用半经验参数化公式将RIBLL实验中获得的23，24Al反应总截面从～30A MeV归到R357实验中23，24Al的能量(～70 A MeV)，结果表明两次实验相互一致。利用少体Glauber模型对价质子取s或d组态时23Al单质子剥离碎片平行动量分布宽度进行的计算显示，价质予取d组态时少体Glauber模型计算与实验结果符合得很好，且发现23Al单质子分离能对单质子剥离碎片平行动量分布宽度的影响不大，从而表明23Al基态价质子主要处于d轨道；这一结论与另两个相互独立的实验结果相一致。在确定了价质子组态之后，我们用少体Glauber模型考察了23Al的反应总截面，发现核芯22Mg被拉大8％—17％后少体Glauber模型计算结果可以拟合23Al反应总截面实验值，并且23Al单质子剥离碎片平行动量分布宽度与实验结果符合得很好。对R357实验结果的综合分析表明，在少体Glauber模型框架下，23Al呈现出一个被拉大的22Mg核芯加上一个处于d组态的价质子的两体结构。　　 由于电磁相互作用的耦合常数比较小，实光子能穿透原子核周围的势垒，因此极化或非极化的γ束是开展核物理学实验研究的有力探针。上海光源是进入二十一世纪我国首批大科学工程之一，为建造基于康普顿背散射技术的极化γ光束线提供了极佳的机会。上海激光电子伽玛源将建在上海光源储存环的第20号直线节上，拟利用圆极化或线极化的CO2连续激光束与上海光源储存环内3.5 GeV能量电子束团对头碰撞来产生最高能量约22 MeV的高亮度极化γ光束。　　 对激光康普顿散射γ束的产生和传播的蒙特卡罗模拟是上海激光电子伽玛源预研和设计工作中的重要部分。蒙特卡罗模拟可以考虑整个上海激光电子伽玛源光束线站的具体结构，可以考虑各束线部件对入射激光束的几何接受度、各束线部件对出射γ束具体的几何接受度，也可以进一步考虑各束线部件对γ束的吸收和散射作用。　　 第二部分以对γ束在上海激光电子伽玛源中产生和传输的蒙特卡罗模拟为中心，系统地阐述了康普顿背散射以及离轴激光康普顿散射产生γ束的物理过程，并对上海激光电子伽玛源预研和设计工作中的若干重要问题进行了较为深入的讨论。　　 根据对单个光子与单个电子之间的对头或离轴康普顿散射的动力学过程的讨论，以及对激光束逆入射和离轴入射情况下激光束与电子束团之间发生康普顿散射产生γ束的亮度问题的分析，建立了γ束在康普顿背散射装置中产生和传输的物理模型，并基于蒙特卡罗方法用C++语言开发出专门的模拟程序。　　 作为一个用于中低能区核物理实验的实验装置，γ束的亮度是上海激光电子伽玛源的关键指标之一。在上海光源储存环具体工程设计基础上，如何充分利用现有的成熟技术手段，通过对激光器运行模式以及光束线站前端区的优化设计来获得更高亮度的γ束，是上海激光电子伽玛源预研和设计工作中的核心问题之一。利用蒙特卡罗模拟程序对上海激光电子伽玛源运行模式进行了讨论和优化，设计了上海激光电子伽玛源的两个运行模式。与世界上同能区内现有激光康普顿散射γ束线站相比，上海激光电子伽玛源有亮度高、结构简单、技术难度低等特点。　　 束线前端区，特别是激光反射镜设计是上海激光电子伽玛源预研和设计工作中的重要部分之一，需要对许多细节问题予以充分考虑。为了使注入上海光源储存环的CO2激光束具有足够高的功率，激光反射镜需要尽量靠近储存环接口法兰。为了保证入射激光束的质量，需要控制激光反射镜上承受的热负载，使激光反射镜不会因过热而形变。激光反射镜上承受的热负载几乎全部来自上海光源储存环弯铁同步辐射，因此对弯铁同步辐射进行了追迹模拟，并根据弯铁同步辐射功率密度分布给出了激光反射镜的设计方案。激光反射镜的具体设计直接影响着上海激光电子伽玛源的亮度，因此通过蒙特卡罗模拟程序给出了γ束亮度对激光反射镜具体设计的依赖关系，在确定了激光反射镜的热负载上限后，即可对激光反射镜的具体尺寸进行优化设计。辐射防护设计是上海激光电子伽玛源预研和设计工作中的重要部分之一。除去上海光源储存环本身固有的残余气体轫致辐射、弯铁同步辐射之外，在上海激光电子伽玛源的设计工作中还需要特别考虑对康普顿背散射γ束的辐射防护。蒙特卡罗模拟程序可以给出γ束在整个上海激光电子伽玛源束线装置内的传播过程，为辐射防护设计提供具体元件上γ束的坐标空间和动量空间分布。