分离作用RFQ(SeparatedFunctionRadioFrequencyQuadruple，SFRFQ)加速结构是上世纪90年代由北京大学RFQ研究小组提出的一种新型RFQ后加速结构。这种结构结合了传统RFQ和DTL的优点，但加速和聚焦是分开的。存在于分离作用RFQ膜片加速间隙处的加速电场，较传统的RFQ能更加有效地加速带电粒子；四杆电极之间的射频四极场，对粒子的横向具有聚焦或者散焦作用，通过适当选取粒子动力学参数可以实现粒子在分离作用RFQ中横向和纵向运动的稳定性。这种结构可以接在传统的RFQ之后，将离子加速到几个MeV/u的能量。 目前通用的RFQ模拟软件PARMTEQ、LIDOS以及束流传输设计软件PBOLab的TRACE-3D等都不能直接对SFRFQ进行动力学模拟，作为本论文的中心内容之一，论文第三章在对SFRFQ中动力学的详细分析的基础上，编写了用于SFRFQ动力学模拟软件SFRFQCODE1.0，该软件通过读取入口椭圆参数，模拟粒子在SFRFQ加速器中的传输，并考虑到空间电荷效应的影响，得到一系列的输出结果，比如同步粒子的能量增益、出口束流的椭圆参数、横向和纵向相移以及能谱分布等。另外，本文在26MHzSFRFQ样机设计的基础上，探索了SFRFQ加速结构适宜的能量段、工作频率等。为了节省高频功率源，尝试在一个谐振腔中同时安置RFQ与SFRFQ两种结构，以构成一种新的组合加速结构。MWS模拟计算表明，这两种加速结构是可以在一个加速腔中相互耦合的。 由于在电极之间引入了膜片，使得结构内部的局部表面电场强度增加，从而降低结构的打火阈值，妨碍极间加速电压的提高。打火问题是该结构中的关键物理问题之一，所以在设计正式的SFRFQ加速腔之前，我们建造了一台专门用于验证打火问题的功率实验腔，并进行了高功率测试和极间电压测量。测量结果表明合理优化电极参数后，该结构可以加载70kV以上的电压。 为了进一步证实SFRFQ加速结构的可行性，设计并建造了一台SFRFQ加速腔用于ISR1000RFQ加速器的后加速，将氧离子从1MeV加速到1.6MeV，并对其进行了冷测和高功率实验，结果表明完全达到设计要求。而要实现1MeVRFQ加速器和SFRFQ加速器之间的束流匹配，需要在中间增加一段束流光学系统实现束流匹配功能。TRACE-3D设计的一组三单元磁四极透镜能很好的实现这种功能，模拟结果显示，束流在SFRFQ中的传输效率达到94％以上。经过约1m长的横向匹配段以后，纵向的相宽达到125度左右，如果在每个加速间隙中心采取相同的同步相位，会有一部分粒子滑出相稳定区而得不到加速，导致出口的束流能谱比较差。一般直线加速器中为了克服这种困难通常采取外加聚束器的方法，这样会不利于简化束线设计和增加建造费用，本文提出了一种类似RFQ中的内聚束方案，即在SFRFQ前面的两到三个加速间隙里采用比较小的同步相位，以增加对束流的聚束，随着单元数目的增加，同步相位逐渐变大，可以使得出口能谱的全高宽能散小于3％；横向为了防止结构内空间有限导致的打火，采用了“非对称结构”设计，并用模拟程序分析了加工安装误差、极间电压、膜片纵向位置等因素对加速束流的影响。