超强超短激光与原子、分子、电子以及等离子体等形态物质在极端条件下的高度非线性相互作用研究是当今强场物理的重要前沿研究领域。随着强场物理、团簇科学以及激光技术的迅猛发展，超强激光场(>10 W/cm2)与团簇(通常是指大尺寸气体团簇)之间的相互作用已经成为强场超快激光物理领域的一个重要研究发展方向。作为介于气体原子、分子与固态之间的一种过渡形态，团簇兼有气体靶和固体靶的优点，研究飞秒强激光与团簇的相互作用对深入揭示强激光与物质相互作用的物理图象及其规律有着重要的意义。超强超短激光与团簇相互作用能产生能量高达兆电子伏量级的高能离子以及非常强的X射线辐射等，这对激光核聚变和X射线激光等领域的研究也会产生影响。　　 本论文从理论上研究了超强超短激光与团簇相互作用产生高能离子和中子的过程，研究成果主要包括以下四个方面：　　 1.提出一个简化的库仑爆炸模型，研究了飞秒强激光脉冲辐照氢团簇发生爆炸产生的质子动能与激光强度、脉冲宽度及团簇尺寸的关系，发现只有当团簇尺寸与激光参数相匹配时才能获得最大质子动能。通过加入对团簇尺寸分布和激光焦斑强度分布的考虑，数值模拟计算的质子能谱和质子能量相对于光强的饱和效应与实验测量结果达到了较好的吻合，这表明此模型对于定性与定量地研究超短强激光脉冲与氢团簇相互作用都是有效的。　　 2.在考虑团簇对激光能量吸收的基础上，建立模型研究了激光与氘团簇喷流作用产生等离子体细丝激发的核聚变反应，估算了从相邻团簇产生的高能氘核碰撞引发的核聚变(团簇间核聚变，intereluster fusion)和高能氘核与周围冷气体中的低能氘原子碰撞引发的核聚变(束靶核聚变，beam-target fusion)产生的中子产额，发现中子产额是与激光和团簇的参数(如激光能量、聚焦半径、聚焦位置、团簇尺寸等)密切相关的，只有两者的参数达到最佳匹配，才能获得最大中子产额。　　 3.采用改进的库仑爆炸模型，系统研究了异核团簇库仑爆炸动力学过程中两种赶超效应的产生条件。首次提出了一个以重离子和轻离子的初始电荷密度之比表征的竞争参数ζ=ρBqB/ρAqA，用于判断异核团簇库仑爆炸过程中内层轻离子能否赶上并超越外层轻离子的赶超效应。若重离子的电荷密度高于两倍的轻离子电荷密度(即ζ>2)，团簇内层的轻离子就可以赶上外层的轻离子形成一个冲击壳层，从而有可能驱动在单个氘代异核团簇内部发生氘氘核聚变。通过对中子产额的估算发现，由于异核团簇爆炸过程中可能发生的两种赶超效应将使氘核获得的能量更高、氘核分布在高能区域的数目更多，因此在提高激光加热团簇产生核聚变中子产额方面，氘代异核团簇相对于纯氘团簇是一个更好的候选作用对象。　　 4.采用三维粒子动力学模拟方法，研究了甲烷/氘代甲烷团簇在强场中的非纯库仑爆炸动力学行为。甲烷/氘代甲烷团簇在超短强激光脉冲辐照下发生膨胀，大量质子/氘核超越慢速膨胀的碳离子从而形成两个分离的子团簇。强激光场作用下，氘核动能随团簇尺寸的增大而增加；随激光光强的增加、脉宽的减小而增大；负啁瞅激光脉冲加热氘代甲烷团簇获得的氘核动能最高，无啁啾次之，正啁啾对应的氘核动能最小。