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质子束窗是中国散裂中子源(CSNS)的关键设备之一，是RTBT输运线与靶站的接口设备，用来隔离加速器高真空环境与靶站氦气环境。为达到质子束窗的真空性能、机械性能，满足辐射防护要求并使对束流的影响最小化，需要进行质子束窗的设计与研制。本论文主要围绕CSNS质子束窗的工程任务进行一系列研究工作，涵盖了窗口的结构设计与优化、窗口寿命研究、主要设备的设计与研制、关键技术方案的实验验证及其它相关工作等。 为达到质子束窗的设计要求，本论文对质子束窗的窗口材料进行讨论并完成了窗口的设计与分析。窗口材料选择A5083-O，并完成了详细的材料测试。结合热沉积和热-应力计算结果对窗口结构进行设计与优化，首次提出了单双层复合窗口结构，并针对该新型结构进行了详细的工作状态分析与冷却水流体分析。此外，通过材料蠕变性能测试与外推方法估算了窗口的蠕变寿命，通过原子位移率的计算估算了窗口的辐照损伤寿命。 质子束窗位于高辐射区域，且需要定期维护。本论文根据质子束窗的特殊要求，首次在国内采用充气型波纹管来实现质子束窗的远程维护，并设计了远程维护方案。 通过与生产厂家共同努力，完成了质子束窗系统的研制与关键技术方案的实验验证，各项技术指标达到设计要求。 此外，本论文还进行了一些与质子束窗相关的工作。包括CSNS L-BDW-B废束窗的设计与优化，基于铝合金的新型窗口材料的研究以及将石墨烯用作窗口材料可行性的研究等。