增强器(BRing)是强流重离子加速器装置HIAF的核心部分，需要提供高流强束流，例如1×1011ppp的238U35+、3×1011ppp的78Kr19+和6×1012ppp的质子，纵向束流集体效应可以导致束流品质变差甚至导致束流损失，因此是HIAF设计阶段必不可少的研究课题。为了在较小空间上提供较高高频电压，同时覆盖重离子束流加速过程中的频率变化范围，BRing采用了具有低Q值的磁合金加载腔。磁合金加载腔的纵向阻抗是BRing中纵向阻抗的主要来源，引起的瞬态束流负载效应和漂移束不稳定性是影响BRing束流品质的重要因素。与国内外其他质子和重离子加速器相比，BRing的束流种类多样，包含从质子到铀的所有重离子束;束流状态复杂，包含单束团、多束团和漂移束等;束团操作复杂，包括俘获、加速、散束、合束和纵向压缩等。本文主要研究了在上述复杂束流情况下的纵向束流集体效应的影响，包含束流负载效应、漂移束不稳定性和纵向空间电荷效应。结合自主开发的纵向粒子跟踪程序LPTC，对纵向束流集体效应的影响进行了细致阐述，提出了具体的补偿方式和不稳定性抑制方案，为在BRing的设计、建造和运行中研究和减小纵向束流集体效应带来的影响打下了基础。
　　本文首先分析了BRing中的纵向阻抗，重现了包含纵向束流集体效应的纵向动力学的基本理论，并将其推广从而可以用于描述重离子束流。之后对BRing中几种典型的重离子纵向操作模式及对应的高频曲线进行了介绍，论文中对纵向束流集体效应的研究就是针对这些不同的操作模式开展的。数值方法是研究纵向束流集体效应的重要工具。为满足BRing复杂束流情况下的模拟需求，开发了纵向粒子跟踪程序LPTC。LPTC针对重离子束流进行优化并能够在时域和频域模拟Q值小于0.5的磁合金加载腔阻抗对应的尾场。进行大量基准测试验证了LPTC的准确性和可靠性，并将其用于BRing纵向束流集体效应的模拟。
　　在BRing中，束流负载效应主要引起势阱畸变从而导致束流动量分散和束团长度分别增长了111％和119％，在78Kr19+束流散束再聚束方案中束团长度的增长也导致BRing到SRing的传输效率从100％下降至78.2％;在78Kr19+束流合束方案中，束团在合并过程中相互靠近，束团之间出现耦合效应，并最终引起合束后束团中心的振荡;在238U35+纵向压缩方案中，束团长度超过了设计值。为了降低束流负载效应的影响，采用多谐波前馈系统对磁合金加载腔宽带阻抗引起的瞬态束流负载效应进行补偿。为了达到补偿束流负载效应的目的，前馈系统至少需要补偿1～6次共6个谐波，最大需要补偿8.2kV的尾场电压，需要覆盖0.29～3.12MHz的频率范围。针对漂移束不稳定性，利用不稳定性增长率曲线图和Keil-Schnell判据得到BRing中的78Kr19+漂移束的不稳定性阈值，阈值对应的动量分散的RMSE值约为0.000375，超过78Kr19+不考虑束流集体效应时散束后的动量分散数值，因此78Kr19+漂移束会存在不稳定性，增长率约260s-1。利用LPTC模拟的结果与理论值符合较好，得到的不稳定性的增长率约为274s-1。散束过程的散束时间、散束方式和多谐波前馈系统的作用对散束结果均有较大影响，当散束电压为绝热散束方式且散束电压持续5ms以上，并且采用多谐波前馈系统能够补偿大于11mA的谐波电流成分时，可以得到较均匀的漂移束。漂移束不稳定性的抑制有多种方式，其中多谐波前馈系统和在高频腔加速间隙添加短路开关的方式是比较好的被动和主动抑制方式。纵向空间电荷效应主要引起BRing中的束流的分布的变化，而对束流的纵向发射度影响较小。在一般情况下纵向空间电荷效应影响不大，但在对束团长度要求较高的238U35+纵向压缩过程中会引起束团长度增长约5％，需要将纵向压缩电压从240kV提升至262kV补偿纵向空间电荷效应的影响。质子束流因需要穿越转变能而与重离子束流加速方案有较大区别。设计了在低能(500MeV/u)时进行合束并且增大电压而降低同步相位的纵向加速方案，该方案避免了束流在穿越转变能之前出现束流损失的情况并能够在较短时间内完成束流合并。在添加转变能因子γ，的跳变，补偿1～25次谐波并将转变能穿越点调至7.5附近后，有效降低了束流集体效应的影响，为后续质子束流动力学研究打下了基础。