作为高能天体物理学的基石,宇宙线的起源、加速和传播一直是高能天体物理的核心问题之一。长期以来,人们普遍认为超新星遗迹是银河宇宙线的主要起源,但其加速和逃逸机制仍存在争议。氢和氦是宇宙线中最丰富的元素,对其能谱特性的研究有助于加深人们对宇宙线起源、加速及传播等物理过程的理解。本论文在研究超新星遗迹粒子加速和逃逸的基础上,开展了“膝”区附近宇宙线质子+氦谱特性和宇宙线质子和氦核在200 GV处能谱反常特性的研究,主要研究结果如下。宇宙线氢氦混合谱“膝”区特性研究。宇宙线的幂律谱在～3×1015e V出现拐折,称之为“膝”。最近ARGO-YBJ＆LHAASO实验的高精度观测数据表明,氢氦混合能谱在～700 Te V出现明显的拐折,是以前结果的0.2倍。基于超新星遗迹非线性扩散激波加速机制,考虑了宇宙线压力和磁场放大效应对激波的动力学反馈作用,定性地分析了加速过程中环境参数对源谱的影响。模型中利用半解析方法求解一维稳态粒子扩散方程,得到了在任意时间内激波上游和下游区域被加速粒子的瞬时谱和累积谱。研究表明,被加速粒子的谱型对加速过程和星周环境的变化非常敏感,粒子的注入效率和遗迹的年龄决定激波面处粒子的谱型,自由逃逸边界和星周环境决定逃逸边界处粒子的流量和最大能量。该模型中由三种不同成分的源区粒子累积谱共同组成的注入谱可以很好地解释ARGO-YBJ＆LHAASO实验观测到的宇宙线氢氦混合谱的“膝”区能量特征。能区200 GV附近宇宙线质子和氦核能谱特性。PAMELA、AMS-02和CREAM等实验观测表明氢、氦宇宙线谱在“膝”区之下不是单一幂律谱,在大约几百Ge V/核子处出现明显的变硬特征。利用Bell（2015）所提出的超新星遗迹粒子谱模型,我们在超新星遗迹的非线性扩散激波加速机制框架下,假设从超新星遗迹注入到星际介质中的粒子可以用两分量的粒子谱来描述,即低能端的宇宙线粒子主要来自激波下游的贡献,高能端的宇宙线粒子来自激波上游的贡献。该模型可以解释宇宙线质子和氦核能谱在～200 GV处出现的硬化,表明该特征是源区加速粒子在激波上游和下游具有不同的分布造成的。上述研究表明,基于超新星遗迹非线性扩散激波加速机制可以合理解释宇宙线氢氦能谱特性。论文结构如下:第一章宇宙线、超新星遗迹及银河宇宙线起源问题进行了简述;第二章介绍超新星遗迹粒子加速理论及非线性扩散激波加速机制;第三章基于超新星遗迹非线性扩散激波加速机制,研究粒子在超新星遗迹中的加速和逃逸对粒子谱的影响,解释了宇宙线氢氦混合能谱的“膝”区结构;第四章利用修正超新星遗迹粒子加速模型,解释了宇宙线质子和氦核在能量约为200 GV处的变硬特征;第五章给出了整个工作的总结与展望。