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进入21世纪后,很多国家把建造先进质子加速器作为了研究重点，相继提出了一批高能量、高流强的质子加速器计划。欧洲核子中心的大型强子对撞机LHC,是目前世界上能量最高的质子加速器,质子能量达到了7 TeV,质心能量达到14 TeV。另一个方向是强流质子加速器,代表性的有瑞士的PS1回旋加速器和美国的散列中子源SNS,运行功率都超过1 MW。这些加速器都主要应用于核物理研究,其实强流质子加速器还可以应用到别的领域,比如核废料嬗变。ADS就是专门设计用来进行核废料处理的装置,具有很高的功率,中国的C-ADS计划设计流强达到10 mA,运行功率超过10 MW。该项目采用全超导设计,低能质子从2.1 MeV开始利用超导加速器进行加速,直到能量达到1 GeV以上,这种设计被证实容易实现较高流强。束流损失一直是制约质子加速器功率提高的主要因素之一。束流损失会造成较大的危害,首先是对被辐照材料造成损伤,加速器部件会出现故障,其次机器受到辐照会造成感生放射性,影响人工维修。减少束流损失一般有两种途径,一种是通过优化设计达到束流损失最小化,另一种是研制束流损失监测系统(下称束损系统),通过探测束流损失产生的辐射场,快速检测到束流损失,进而减小其危害。本文主要研制C-ADS低能段的束流损失监测系统,因为低能段束流损失比较严重,而低能质子丢失产生的次级辐射场比较弱,对束损系统的性能提出了较高的要求。本文首先分析了质子束流丢失产生的辐射场,主要研究方法是蒙特卡洛模拟。使用SRIM、MCNPX、FLUKA等软件模拟了质子丢失产生的中子、光子和电子的能谱分布、角分布等辐射场信息。同时分析了别的一些辐射场,如超导腔场致发射、电子倍增效应、RF功率源X射线发射和活化部件衰变过程等。这些辐射场对于束损监测系统而言是干扰项,但是站在加速器保护的角度却值得研究。通过分析辐射场分布及各种次级粒子的产额,就可以确定待探测粒子及相应的探测器。由于C-ADS采用全超导设计,低能段的次级辐射场非常微弱,而超导加速腔对束损的容忍度比较差,要求束损探测器有足够快的响应速度和低温工作能力。目前广泛使用的束损探测器不能满足要求,本文针对三种不同的探测粒子选择了三种不同的探测器。分别是刮束器型探测器、金刚石探测器和塑料闪烁体探测器分别探测电子、光子和中子。结合加速器布局确定了各种探测器的安装位置及相应参数,并做了一定的性能测试。此外,论文还讨论了束损探测系统后端的数据采集系统的技术方案。该方案参照合肥光源和LHC的束损数据采集系统,采用三层控制结构,强化了中继站的数据处理能力和速度。该系统结合了加速器运行的束流参数,这样束损监测系统就具有了一定的故障分析功能,对于调机有较大帮助。同时,该系统可以对辐射防护的研究提供帮助。