ECR离子源作为产生强流高电荷态重离子束最有效的手段之一,已在大型加速器装置上得到广泛应用。随着加速器对束流强度要求的不断提高,未来从ECR离子源引出的混合束流强将超过20 emA,其空间电荷效应将对束流品质及其在低能段的传输产生复杂的影响;同时,由于ECR离子源复杂的约束磁场构型,其产生的离子束束流品质具有其特殊性和复杂性,这会对束流的高效传输和匹配带来巨大挑战。因此,本论文针对高电荷态ECR离子源引出的束流特性及其传输做了模拟和实验研究,研究内容主要集中在三个方面,一是离子源束流的横向耦合特性,二是离子源六极场和分析磁铁六极分量对束流的影响及其校正,三是初聚焦螺线管对束流品质和传输的影响;并将以上研究成果应用于现有的加速器装置和未来离子源低能传输线设计中。横向相空间耦合是ECR离子源引出束流最重要的特性之一。ECR离子源等离子体电极通常位于引出螺线管中心附近,束流被引出之后,首先要经过一个逐渐下降的轴向磁场区域,因此束流沿轴线旋转,从而导致束流横向相空间强烈耦合。论文首次实验验证了ECR离子源引出束流横向相空间耦合特性,并从实验数据出发,逆向模拟获得了离子源出口粒子在4-D相空间的分布,模拟证明了该分布包含真实的离子束横向耦合信息,同时模拟验证了初聚焦螺线管透镜周期性解耦合的特点,首次提出通过调整初聚焦螺线管的磁场强度和极性,对束流解耦合的方法。ECR离子源的六极磁场和分析磁铁(二极铁)中的负六极分量都会造成束流畸变。论文首次综合考虑二者对束流的影响,提出采用可旋转六极磁铁校正的方案,提高束流品质。设计并加工了一台可沿轴线旋转的六极磁铁,在SECRAL束线上实验证明了该方案的可行性。同时,结合实验结果,分析了六极场校正的复杂性,并提出对于不同离子束应采取不同的校正方案。ECR离子源初聚焦螺线管会对束流品质和传输产生根本影响。实验和模拟分别研究了SECRAL束线初聚焦螺线管对强流和弱流离子束在分析磁铁后成腰位置的影响,结果表明:对于强流离子束,提高初聚焦强度,可以有效避免束流看见分析磁铁大半径处的高阶磁场分量,提高束流品质,但会导致束流在分析磁铁后的束腰后移,进而导致电荷态分辨率降低。论文对前面的研究结果进行了验证和应用。首先将ECR离子源束流的横向耦合特性应用于SFC注入器的研究,提出了通过调整SECRAL束线螺线管透镜的设置,对束流解耦合,降低投影发射度的方案,该方案的采用,成功将SFC注入器的传输效率提高约24%,SFC整体的传输效率提高约1倍;其次,将关于SECRAL离子源初聚焦螺线管作用的研究结果应用于SECRAL-2 Q/A分析系统的设计中,通过引入一组三单元四极透镜,缓解了强流离子束束流品质和电荷态分辨率之间的矛盾;最后,分析总结了ECR离子源强流高电荷态离子束传输和匹配的要求,为LEAF项目设计了一条低能传输线(LEBT),并开展了相应的束流模拟。