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中性束注入器(Neutral Beam Injector,简称NBI)是一套产生高能中性粒子束用以加热聚变等离子体并能驱动出等离子体电流的装置。NBI装置内部束流输运空间的真空环境状态对束的生成与传输过程有着至为重要的影响。以国家大科学工程装置EAST的NBI(EAST-NBI)为研究对象,研究其束流输运空间的粒子、压力及温度的三维分布,探索粒子的物理行为特征并优化真空系统设计,对提升其束生成与传输效率有非常重要的意义。本文分析了EAST-NBI装置的结构及工作原理,分析了等离子体的产生、高能离子束的引出以及束的中性化过程。基于EAST-NBI装置,应用稀薄气体动力学理论研究分析了EAST-NBI束流输运空间气体粒子物理行为及特征,建立了EAST-NBI束流输运空间物理模型,采用直接蒙特卡罗(DSMC)方法模拟分析研究了离子源和中性化室的空间气体粒子分布、粒子密度分布以及压力分布,为提高离子源的电离效率、气体利用率以及质子比提供理论依据,为中性化室获得最佳靶厚以及提高中性化效率提供帮助。采用蒙特卡罗(M-C)方法对EAST-NBI主真空室在不同工况下的空间粒子分布、粒子密度、温度以及压力分布进行三维数值模拟计算分析。模拟研究分析主真空室重要部位处的“位置束流效应”及角分布,为EAST-NBI真空系统的优化设计以及减小再电离损失提供理论指导。研究分析了EAST-NBI真空系统的结构,采用M-C方法对前置低温冷凝泵辐射挡板的传输几率进行了模拟计算,优化了辐射挡板结构。研究分析了后置低温冷凝泵低温挡板处的粒子分布,优化了气体挡板的结构及其在主真空室内的位置,有助于提升差分抽气效果。本文的研究成果,对提升EAST-NBI束生成与传输效率研究有帮助,为进一步对优化系统性能提供了依据,具有工程实用价值。