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北京正负电子对撞机的重大改造项目，即BEPCⅡ(Beijing Electron PositronCollider-Ⅱ)，要求直线加速器到储存环的正电子注入速率达到50mA/min。BEPCⅡ直线加速器则在要求自己达到此目标的基础上，又提出了在采用次谐波聚束系统的情况下采用双束加速技术以进一步提高正电子注入速率的目标。
本论文从BEPCⅡ直线加速器的未来发展出发，应用加速器物理、微波技术、以及机械设计等方面的知识，完成了BEPCⅡ未来双次谐波聚束系统的物理优化设计以及各关键部件结构的优化；对第2个次谐波聚束器(SHB2)实验腔进行了高频结构设计、机械设计、加工制造以及冷测，同时，还为正式腔的机械设计提出了一些建议；对常温聚束腔中的高频电磁场效应进行了分析，并优化得到了SHB1和SHB2的冷却方案；对等梯度加速结构中的尾场计算方法进行了研究，在国内首次推导并给出了超长程尾场的计算公式，并将BEPCⅡ直线加速结构的尾场计算结果应用到双束加速的束流动力学研究中；对直线加速器驻波腔中的瞬态束流负载效应进行了研究，进一步明确了束流负载效应对高频腔频率影响的概念，并对两种特殊情况下谐振腔的最优失谐条件进行了讨论，给出了相应的解析公式，最终又使用推导出的理论公式对双束运行时BEPCⅡ预聚束器以及BEPCⅡ未来次谐波聚束器的瞬态束流负载效应进行了分析；对双束加速的束流动力学进行了模拟，首次给出了双束团串的模拟方法；在BEPCⅡ直线加速器上进行了双束团加速的初步实验研究，为以后BEPCⅡ直线加速器进一步的改造提供了参考。
论文内容涉及次谐波聚束系统设计以及双束加速技术的多个方面，为BEPCⅡ直线加速器的未来发展提供了参考，为BEPCⅡ在顺利达到设计指标的基础上进一步提高机器性能做出了一份贡献。