强流质子加速器在核废料处理和核能发电、散裂中子源、高能物理与原子核物理以及环境、医药等方面具有广泛的应用。强流质子直线加速器作为注入器或主加速器，其性能和运行状态的好坏，直接决定着束流品质。强流质子直线加速器中的一个关键物理与技术难题是束流损失问题。束流损失在加速器上所产生的感生放射性，会妨碍人们对机器进行必要的、及时的人工维护。强流束中束晕的形成和束流发射度的增长，是引起束流丢失的重要原因。通过对束流物理研究，人们发现，束流的匹配设计和“均温”设计是抑制束晕形成和束流发射度增长的有效措施。因此，对加速器聚焦结构进行均温优化设计，建立更精确和真实的束流动力学模型十分关键。　　本论文针对目前强流质子直线加速器领域流行的均温设计方法在程序实现方面的不足，提出更为优化的设计方法。目前加速器均温设计方法是基于匹配束流在均温光滑聚焦系统中的传输，并假设传输过程中归一化发射度、空间电荷力均不变。此时，均温条件可以用零流强聚焦参数与入口发射度之间的关系表示。但实际加速器聚焦结构均为准周期结构，而且线性空间电荷力随束流包络的变化而改变，另外，由于纵向高频场的非线性，归一化发射度也一直在变化。传统均温设计没有考虑这些变化，因此并不能实现真正的均温设计。本论文在传统均温设计方法的基础上做了进一步的改进，首次实现了根据实际束流发射度和线性空间电荷力变化进行均温设计，得到既满足匹配又满足均温条件的加速器束流和结构参数，对后续加速器均温优化具有实际意义。　　目前加速器束流跟踪程序可以分为以时间为独立变量(t-code)和以位置为独立变量(z-code)两种。t-code计算的是经过一定时间步长，处于同一时刻不同位置的束流分布，z-code统计的是不同时刻处于同一位置的束流分布。虽然t-code计算速度比z-code要慢，但是其对空间电荷力计算更准确。因为z-code计算空间电荷效应时需要把不同时刻的粒子从束团中心漂移到同一位置，并假设漂移过程中电场力与磁场力均为零，这种做法会引起空间电荷效应计算误差。对于强流质子直线加速器来说，空间电荷力引起的束晕和束流不稳定是制约强流加速器功率和加速效率提高的重要因素。为了更准确的模拟空间电荷力对束流的影响，本论文开发了一套以时间为独立变量的多粒子跟踪程序PADSC，并验证了程序的可靠性。PADSC采用三维傅里叶变换求解泊松方程的方法计算三维空间电荷效应，与把束流近似看成轴对称，采用二维网格求解空间电荷效应的方法相比，三维空间电荷效应计算速度虽然要慢，但是其精度更高。PADSC同时具有多粒子跟踪和均温优化的功能，并且选取时间作为独立变量，采用划分三维网格方法求解空间电荷力，因此其对强流质子直线加速器的模拟尤其是低能段的模拟，具有重要意义。