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分离作用RFQ(Separated Function Radio Frequency Quadrupole，SFRFQ)是一种改进型的RFQ后加速结构[1]，它通过在四极电极上加载膜片形成加速间隙，而不带调制的四极场提供横向聚焦。在四极场中引入了加速间隙，因此比传统的RFQ具有更高的加速梯度。为了研究离子在SFRFQ中的运动状态，RFQ课题组专门编写了束流动力学模拟软件SFRFQCODEv1.0[2]，本软件基于薄透镜近似原理，可以读取真实电场，跟踪离子运动轨迹，动态显示离子传输，存储并输出能量增益、相位分布和离子丢失等信息。在第一台耐压实验腔经验积累的基础上，北京大学RFQ课题组设计并建造一台14个βλ/2单元的SFRFQ原型腔。SFRFQ原型腔作为北京大学整体分离环RFQ[3]的后加速器，把O+束流从1.03MeV的加速到1.64MeV。
SFRFQ原型腔内部装有频率调谐装置，可以通过步进电机调整其频率和RFQ腔一致。高功率测试的轫致辐射谱显示，SFRFQ最大可以加载91kV电压而不打火，说明不对称电极设计可以有效地降低表面电场，避免了因为加载膜片而导致耐压能力下降的问题。束流实验，可以直接检验动力学设计和模拟软件的正确性。SFRFQ接收经过RFQ聚束过的束流，因此必须优化RFQ的传输状态，找到RFQ加速器最优化的传输参数。实验表明当注入束流能量25keV、输入峰值功率35kW时RFQ加速器传输状态最佳，其效率可达84％。
离子在SFRFQ加速器中感受的高频相位，必须和设计值一致，这可以通过调节高频回路中的移相器来实现。当离子感受到的高频相位和设计值相差较大时，非同步离子不能围绕同步离子做小幅振荡，和同步离子之间的相位差不断拉大，逐渐滑出稳相区，有些离子被加速，有些被减速，从而能谱发生分裂，形成双能峰或多能峰。能量分析证明SFRFQ把O+从1.03MeV加速到1.654MeV，半高宽能散小于3.1％，最大峰值流强超过0.53mA.而模拟能峰为1.641MeV，半高宽能散小于2.8％，与实验结果符合得很好，验证了动力学模拟软件和设计的正确性。实验证明SFRFQ平均每个单元能量增益可以达到45keV，与1MeV RFQ加速段每个加速单元28keV相比，能量增益提高了约60％。
RFQ出口的束流发射度已经超出了SFRFQ的接收范围，导致传输效率只有30％左右，因此有必要通过良好的匹配设计来提高SFRFQ的传输效率。如果能够使两类加速结构谐振在一个加速腔内，就能够方便地解决匹配的问题，而且该结构具有多方面的优势。首先，比传统RFQ加速梯度更高；其次，聚焦结构简单，聚焦力强而不再需要三单元磁四极透镜；最后，一台功率源可以同时提供加速和聚焦作用。谐振一腔的直线加速结构，可以提高整腔的加速效率，使得低能端束线更加紧凑经济。
本论文研究了RFQ与SFRFQ谐振一腔的动力学特征，在第五章将给出详细的设计方案和误差分析等。为了节约建造费用，新的设计使用了1MeV RFQ支撑结构和腔筒。RFQ段作为离子源和SFRFQ之间的连接部分，从离子源引出的束流经过RFQ预聚束、加速之后直接注入SFRFQ加速段。在RFQ段，通过压缩注入束流纵向相宽到120°左右，去掉了RFQ电极部分的成型和聚束段。这样做有两点好处：一是可以最大限度缩短RFQ电极长度，为SFRFQ段电极预留足够长度；二是可以抑制RFQ段出口发射度，满足SFRFQ接收度要求。为了最大限度利用30kW功率源，最终决定RFQ部分33个单元把He+加速到0.4MeV，SFRFQ部分10个单元把He+加速到0.8MeV。两部分电极长度分别是1.5和1.0m。RFQ与SFRFQ谐振一腔的加速器，将为多束共靶离子束辐照应用提供He+束。