真空二极管在涉及到高电压(>300kV)、强电流(>1kA)电子束的诸多领域中都有重要应用,它是获得强流电子束、X射线、γ射线、高功率微波以及强激光等的关键部件。真空二极管的建模和仿真分析是对其进行深入研究的重要技术措施,已受到诸多专家的重视。一方面,真空二极管等真空弧放电产生等离子体时一般包含非常强的非线性物理过程,所以无法运用纯理论方法进行精确解析求解;另一方面,如果采用实验方法进行研究,则所需费用较高且费时又费力。基于以上原因,加之计算机技术的迅速发展和应用,近年来开发了不少专门用于等离子体数值模拟研究的大型程序和商业软件。本文基于ArcPIC粒子模拟程序,应用PIC-MCC方法研究了圆柱型轴对称真空二极管的放电特性。其中,ArcPIC程序是2014年由欧洲核子研究中心的K.Sjobak和H.Timko等联合开发和完善的用于数值模拟研究分析真空弧放电产生等离子体的大型程序。首先,本文对真空二极管的结构进行了详细分析和介绍,给出了圆柱型轴对称真空二极管的具体模型及参数;然后,从理论的角度系统而详细地分析了 PIC-MCC粒子模拟方法的基本原理和模拟计算过程;最后,基于ArcPIC粒子模拟程序对圆柱型轴对称真空二极管进行粒子模拟计算,分析研究了它的等离子体特性和电气特性,并探究了放电特性的关键性影响因素。另外,针对真空二极管放电时存在的一维和二维空间电荷限制流进行了详细分析和研究,并得到了与二维空间电荷限制流密度相关的一阶和二阶关系式。本文采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,重点研究了圆柱型轴对称真空二极管的放电机理和放电特性,分析了真空二极管放电时的电子发射过程、放电特性和等离子体产生以及扩散的物理过程和演化规律,为真空二极管的理论研究和实际应用提供了一定的技术支持和理论参考。