中国散裂中子源(CSNS)是生命科学、材料科学和核物理等诸多学科研究的重要平台;工程分三期建设，一期的平均束流功率为100 kW，二期为200kW，三期为500 kW。升级阶段直线加速器的引出能量将从一期的80MeV提高到130MeV或250MeV，同时在RCS环里增加四次谐波腔组成双谐波加速系统。本论文工作根据中国散裂中子源工程的需要，分别为CSNS-Ⅱ和CSNS-Ⅲ设计了双谐波加速方案，包括双谐波模拟计算程序的开发和纵向束流动力学的研究。除此之外，本论文还开展了高流强快循环同步加速器中的组合动量准直法的研究。　　双谐波加速方法通过产生长扁型的纵向接受度来降低低能量阶段的空间电荷效应。在CSNS的升级阶段，新增的四次谐波腔与原有的二次谐波腔或称基波腔组成双谐波系统。本论文研究了几种不同双谐波模式，包括只在低能量阶段采用双谐波模式而在高能量阶段将四次谐波腔关闭或者转为二次谐波模式、整个加速周期都采用双谐波模式。此外，也对CSNS-Ⅰ中采用备用腔来作双谐波加速的可行性做了研究，并给出相关方案。　　为了设计双谐波加速系统和研究束流纵向动力学，一些有效的计算模拟工具是不可少的，可惜加速器领域中常用程序都不带这个功能。为此，本论文工作选用了两个常用的程序RAMA和ORBIT，通过在原有的单谐波模式的基础上增加了双谐波模式对这俩程序做了改进和发展。新开发的带有双谐波功能的RAMA程序被命名为RAMADH，在该程序中新增了两个主要参数——二倍频电压和两个谐波的相对相位。RAMADH程序可以用来设计大致的高频参数，还可以设计出扁平纵向接受度的高束团因子的双谐波模式。该程序有4个输入选项，分别对应不同的电压条件。该程序输出的高频曲线可以直接作为ORBIT的输入文件。本论文工作还对ORBIT做了一些重要的改进和发展，包括植入双谐波束流动力学的计算方法、特定时间段内磁场与高频脱钩的方法等，后者可以在注入中保持纵向接受度不变从而得到漂亮的注入束流分布。　　为了得到大束团因子和相对较小的束流纵向发射度，本论文研究了几种不同的注入方案包括动量偏离注入以及磁场与高频脱钩的注入方法。通过RAMADH计算和ORBIT模拟的迭代优化，我们可以得到很好的高频曲线。几乎在所有的例子中，采用双谐波加速的方法都可以将低能量时的束团因子提高到0.4左右，相对于单谐波加速提高了40％以上，这可以大大的降低了空间电荷效应的影响导致的工作点漂移。另外，很有趣的一点是不再需要长扁接受度的5ms或初加速以后，可以增大相对相位形成类似单谐波的纵向接受度;这样可以显著增加接受度的面积从而避免束流丢失或者维持低束流丢失的同时采用较小的高频电压。本论文研究了CSNS-Ⅰ、CSNS-Ⅱ和CSNS-Ⅲ的双谐波加速方案，并得到了很好的纵向束流动力学模拟结果。　　在高流强的质子同步加速器中，控制束流丢失率很重要，而通过高效率的准直统来控制流丢失的位置同样很重要。为了克服紧凑型加速器中因弧区空间限制而导致的标准二级准直器的设计困难，本论文的另一部分工作是研究了一种新型组合动量准直法。该方法的二级准直器是横向准直器和纵向准直器的组合。主准直器放在弧区高色散段，而纵向和横向二级准直器分别放在了该弧区和弧区下游的无色散直线节段。正动量偏离的粒子通过碳膜将被散射和降能，并主要被横向准直器吸收掉;而负动量偏离的粒子则通过一高原子序数的薄膜被散射并主要被纵向二级准直器吸和横向准直器系统的组合吸收掉。另外，研究发现动量准直效率和来自注入涂抹的横向束流相关性有很大的关系。本工作还讨论了环形加速器尤其是紧凑型环中Lattice设计的要求。为了了解该准直方法的物理图像，本工作以CSNS的RCS环为研究例子采用TURTLE和ORBIT程序进行多粒子模拟。模拟结果表明，该方法有很好的纵向动量准直效率并可以应用在类似的其它高流强同步加速器上。