质子治疗头快速扫描磁铁系统是保证将质子束剂量精确且安全地输送给患者的重要部分,其对整套质子治疗装置至关重要。本文根据质子治疗装置主要性能要求,考虑了治疗头中束流状态对磁铁尺寸设计的影响,对快速扫描磁铁系统中的关键部件扫描磁铁及其电源的开关状态进行了研究设计,并且利用实验室现有电源设备搭建了电源控制测试平台。论文以二极铁设计理论为基础,结合了基于蒙特卡罗法的治疗头束流初步分析,完成了双轴独立的扫描磁铁及线圈相关参数的初步设计。为了减小线圈安匝数,第一块扫描磁铁的间隙设计为等间型,第二块扫描磁铁的间隙设计为渐变型。并根据磁极间隙的不同设计了相应的横向好场区优化方案,运用电磁仿真软件OPERA-3D完成了双轴独立的扫描磁铁的结构优化,使两者横向积分场均匀度均小于±0.25%。采用叠片叠加模拟沿束流方向渐变磁场的方法,将优化后的扫描磁铁磁场分布导入蒙特卡罗仿真软件中对质子束束斑尺寸和偏转轨迹进行分析,验证当质子束在等中心点平面偏转150mm时,设计的扫描磁铁好场区可以包含99.6%的粒子使得几乎无粒子打在磁极上。最后对扫描磁铁进行交流瞬态分析,仿真结果显示磁铁间隙磁场能较好地随线圈电流变化而变化,满足设计要求。扫描磁铁直接由扫描电源控制,要求电源具有较高的响应速度和精度。结合点扫描电流波形及扫描磁铁参数,完成了扫描电源主要参数的设计,并分析了负载两端的电压与负载电流的关系,得到负载电流的控制依据,对扫描电源的拓扑方案和控制算法进行了设计。运用电路仿真软件Simulink对电源的开关状态进行了仿真和设计,仿真结果显示点与点之间的负载电流上升时间(稳态10%上升至稳态90%)可以控制在100微秒内,并且在200微秒内电流可以稳定在目标值并满足100ppm的精度要求。最后基于实验室已有的一台小功率电流源,搭建了基于模拟信号输入的电流源控制试验平台并开展了初步的电流源控制实验,为进一步研制大功率电流源控制系统提供参考。