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本论文完成了10MeV/u重离子超导直线加速器的动力学设计，并对其中的四分之一波长谐振器(QWR)超导腔进行了全面、系统的研究，包括腔体电磁优化设计、腔体机械性能分析和腔体的垂直测试等内容。
将射频超导腔用于高性能直线加速器已经成为当代直线加速器发展的趋势。QWR腔型以其结构简单、易加工和低制造成本的优势成为中低β加速段的首选腔型。文中将238U34+束流从0.5MeV/u加速至10MeV/u的超导段动力学设计方案采用的便是f=80.5MHz，β=0.041，0.085的QWR射频超导腔(以下简称QWR-0.041，QWR-0.085)。其中，较高能段有5个Cryomodule，每个Cryomodule中含有8个QWR-0.085腔体，作者提出使QWR-0.085腔体耐受高达2.1MV的工作电压，相对比于FRIB(FacilityforRareIsotopeBeams)工程中同样频率和beta值的QWR-0.085腔体的最高耐受工作电压为1.62MV，使用更高耐受电压的QWR-0.085腔体在完成同样的加速至10MeV/u的任务时，可以整整节省一个Cryomodule，将QWR-0.085腔体数目节省8个以及超导螺线管数目节省3个。
根据动力学设计上对QWR-0.041，QWR-0.085腔体提出的电磁参数方面的要求，利用CST/MicrowaveStudio对腔体进行了全面的几何形状优化，采用圆锥形外导体的设计可以使腔体工作在动力学要求的电压下并保持较好的电磁性能;另外，作者还根据装有QWR-0.085腔体的Cryomodule的紧凑型设计，提出一种新的QWR腔型，这种腔型具有椭圆柱形状的外导体，在有限的加速空间里，可以使腔体在工作电压下拥有更低的表面峰值场及更高的分路阻抗和几何因子，并且腔体的加工制造更为简单;由于QWR腔是同轴腔型的一种，发生二次电子倍增效应(以下简称Multipacting)的几率较高，腔体电磁设计完成后，对其进行预测发生Multipacting的可能性以及发生的场范围是一项必要的工作，文中利用ANALYST/ParticleTracking对重点腔型QWR-0.085的三个模式(λ/4，3λ/4及5λ/4)的Multipacting发生情况进行了模拟仿真，排除了基次模式(λ/4)发生硬性Multipacting的可能性，并预测出两个高次模式发生较硬性Multipacting的电场范围以及评估了严重程度。
射频超导腔的机械稳定性是我们渴望得到的，因为由机械不稳定性带来的频率漂移必须由额外的功率补偿才能保证工作所需的功率幅度和相位。造成超导腔机械不稳定性的因素主要有氦浴压强波动，洛仑兹力，腔体的机械振荡，另外表面处理中的刻蚀作用也会带来腔体频率的改变，论文中针对以上各种效应对QWR-0.041，QWR-0.085腔体进行了机械稳定性能分析，结果显示:连续波模式下洛伦兹力给腔体带来的机械形变很小，而液氦压强和腔体的机械振荡会使腔体发生较大的形变，针对这两个效应，采用了在腔体短路板处安装加固环的方式来削弱，并取得了显著的效果。
射频超导腔的垂直测试工作是检验腔体性能是否达标的重要渠道。论文工作中通过搭建垂直测试系统对FRIBQWR-0.041，QWR-0.085腔体进行测试，并对测试结果进行了详细分析。根据Q0vs.Epeak曲线判定腔体是否达标以及对出现的异常现象-Multipacting、场致发射、Q病以及热崩溃进行了甄别，以其为前车之鉴，对作者腔体的设计和测试工作有很大的指导意义。