电子束在高能物理、生物医学、环境保护、工农业生产等多个领域有广泛的应用。在工业辐照等应用领域，迫切需要高流强、大功率的电子束。然而，目前常用工业电子加速器主要有高压加速器和直线加速器，它们无法同时满足高能量与高流强的要求。新型电子回旋自共振加速器(Electron Cyclotron Auto-Resonance Accelerator, eCARA)利用轴向静磁场使电子与高频横向电场实现全相位的连续回旋自共振加速，突破了传统加速器的局限，同时具有直流输出和高能量输出的特点，是有巨大潜力的一种高功率电子加速器，具有重要的理论意义及应用价值。
　　轴向静磁场和加速腔是保证电子回旋自共振加速的关键，共同决定了eCARA的性能参数。但是轴向静磁场与电子运动状态相互影响，非均匀磁场的磁镜效应甚至会导致电子反向；eCARA的性能参数受到加速腔参数的非线性影响。因此轴向静磁场及加速腔的优化设计是eCARA研究的重难点。本文针对基于圆波导中圆极化TE11模式的eCARA开展了研究，主要内容包括轴向静磁场优化方法分析，加速腔优化设计以及基于束流动力学的eCARA设计，具体如下：
　　轴向静磁场的整体迭代优化方法：采用逐段推进迭代法揭示理想共振轴向静磁场下的电子运动过程；根据电子运动规律提出轴向静磁场的整体迭代优化法。结果表明，相比于理想共振轴向静磁场，电子在整体迭代法得到的准共振轴向静磁场中不容易反向，能获得更高的能量增益。
　　eCARA驻波腔优化设计：仿真阐明驻波腔参数以及电子注入能量对加速过程及性能参数的影响机制，为不同应用要求下的驻波腔关键参数的选取提供一定的理论支持，建立eCARA加速腔设计方案；并完成eCARA驻波腔的优化与物理设计。
　　基于束流动力学的eCARA设计：结合CST和PARMELA，对螺线管磁场下的回旋自共振加速过程进行束流动力学仿真分析，验证了加速腔物理设计的可行性；探索电子注入状态误差及轴向静磁场误差对加速过程的影响，明确最大误差容忍度；考虑到轴向静磁场前端渐变段的影响，分析两种eCARA布局结构，为工程设计提供依据。
　　最终在上述理论与仿真研究的基础上，利用设计仿真方法完成烟气辐照用的加速器设计，验证了理论研究的可靠性和设计方法的可行性，完成了eCARA加速段的设计，包括驻波腔设计、轴向静磁场的优化以及eCARA布局设计。对于输入为1A，0.1MeV的电子束，eCARA的电子捕获率达到100%(全相位捕获)，加速段平均加速效率85%，输出电流为1A、能量为2.241MeV、能散为2.82%的连续自扫描束流。