内置式冷阴极潘宁负氢离子源为11MeV小回旋加速器提供负氢离子源。相对于其它类型的离子源,该离子源具有结构紧凑、无需复杂的注入段、束流纯度高、束流发射度低、从加速器中引出方便等优势。但是,与传统离子源相比,它在具备这些优势的同时,由这些优势带来的放电条件不同、气体流量大、阴极烧蚀严重等问题,给它的优化设计工作带来了很大困难。就目前的实际使用情况来说,离子源对加速器性能的限制主要在于其运行寿命太短,为了保证在离子源引出束流足够大的前提下,提升源的寿命,需要在物理与工程上进行更深入的研究。此工作通过计算离子源工作的真空环境,得到源内气压为4 Pa量级。然后根据源内的工作气压及其它工作参数对其等离子体各特征参数进行估计判断,参照实验室条件下放电的特征尺度与特征时间,判断出源内各物理过程对实际放电的影响,并得出对于本离子源,可以使用磁流体方程组对离子源进行描述。由磁流体模型结合气体的放电方程式,建立了离子源放电的计算机模型,在此模型中,电子的运动遵循磁流体方程组,离子运动遵循动量守恒方程,并根据模型对离子源内电荷的分布、反应的发生、宏观参数对放电的影响进行了分析。在以上理论工作的基础上,对离子源进行了阻抗变化特性的实验研究,分析了源的工作特性,并结合理论、模拟工作对源的放电情况进行了更深入的剖析,认识到源内放电的具体形式,并给出了离子源的优化设计方案。研究表明,本离子源在正常工作时,激发反应与电离反应发挥了同样重要的作用,源内的电子温度远远偏离于负氢离子电离的最佳电子温度。在这种工作状态下,增加弧流能够有效增加阴极电子发射流,同时阳极筒内的电子数密度也因此增加,低能段的电子数密度也随之增加,于是源内产生的负氢离子浓度得到了提升。虽然增加弧流的方式提升了离子源的产额,但是由于离子对阴极中心的大量轰击会使阴极寿命大幅降低,因此我们需要从结构上对离子源的放电结构进行优化改进,以此来降低离子源的放电阻抗。依据模拟结果,发现源内电离反应效率最高的区域在阳极筒的两端附近,在阳极筒的中心区域附近的反应效率较低,由此得到离子源降低电阻率的改进方案：缩短阳极筒的长度。依据实验中观察到的阴极中心烧蚀情况以及模拟中的阴极表面电荷轰击情况,得到阴极的改进方案：通过结构改进,减小单位面积上离子的轰击功率；采用耐轰击、耐高温的阴极。本文的创新性工作在于：将离子源内发生的大量物理过程结合实际,通过严密的逻辑推理建立了一个较完备的潘宁源放电物理图像,从理论、模拟、实验三个方面展开了对潘宁负氢离子源的研究,为离子源的进一步优化工作提出了较有意义的改进方案。