介质壁质子直线加速器是一种新概念的加速器,具有加速电压梯度高,体积小,成本低并具备对多种带电粒子加速的能力等显著特点。作为放射性治疗方法中常规质子加速器的潜在替代方案,介质壁质子加速器在放射性医疗领域拥有广阔的应用前景,其高电压梯度的加速以及低成本的造价能够大幅度降低肿瘤治疗设备的建造和运行成本,大幅度降低医院的投入和患者的治疗支出,为癌症治疗的普及提供强有力的硬件和技术支持。作为一种新概念加速器,质子束在整个介质壁加速器中的产生,运动,加速以及传输等束流动力学方面研究都还没有得到充分的展开。对质子束在其中输运认识还很浅显,因此很有必要对其质子束在其中的束流动力学过程展开深入研究。本文首先介绍了高能带电粒子的癌症治疗原理以及目前国内外医用加速器的发展现状。分析了介质壁质子加速器的出现对放射性治癌疗法的重要意义。分析了质子束在介质壁加速器中进行虚拟行波加速的过程,并在三维电磁场模拟软件CHIPIC中建立了介质壁加速器的准三维模型,同时对模型中参数的设置以及正确性进行了论证。利用电磁场模拟软件CST中的粒子工作室以及CHIPIC对质子束从ECR离子源引出后在Kicker中的踢束,在加速腔中的加速以及在束管道中的传输过程都进行了模拟分析。通过模拟给出了Kicker踢束器上踢束电压加载的合理范围；分析了质子束在长距离输运过程中由于束流内部之间相互作用产生的空间电荷力对束流传输的影响。模拟结果显示空间电荷力是造成质子在无场漂移过程中能散增加的重要因素；比较了束流内部相互作用对在不同能量下对束流传输的影响,模拟表明质子的能量越高,束流内部相互作用对束流参数的影响越小：分析了高能质子束在低能本底中的传输过程对能量的改变,模拟结果显示高能质子与低能质子之间相互作用对质子能量的影响非常小,可以忽略不计。即高能短脉宽质子束能够在低能长脉宽本底中能够实现长距离的传输,并且能量损失很小。这对使用磁分析器对质子进行能量测量的方法可行性提供了依据。在Matlab中建立了质子在变化电场下的加速模型,并对短脉冲下加速腔与腔之间的加速电压加载时序设计进行了计算,同时将计算的时序在CHIPIC中进行模拟并与没有时序设置的情况进行了比较。模拟表明加速电压加载的时序优化能够有效的质子在加速腔中获得的能量增益及流强,实现加速梯度的最大化。分析了不同质量的粒子对时序的要求,并模拟了包含有H2+,H3+；的质子束在H‘最佳时序加载下的加速状况。计算了不同能量的质子对电压脉冲时序设置的要求,同时模拟了加速电压脉冲宽度增加对质子加速的影响。模拟表明,在加速电压脉冲的峰值平顶持续时间很短时,增加电压的脉冲宽度能够有效提高质子获得的能量增益,而当脉冲宽度能够增加到一定值后继续增加脉冲宽度不会对带电粒子的能量增益有所帮助,只能增加被加速粒子的个数。根据带电粒子在介质壁加速器中的虚拟行波加速过程中电场的推导,提出了在金属圆孔电极上加上金属栅网的结构来提高加速腔中的加速电场,优化质子在加速腔中的加速,并通过实验比较两种电极结构下对H3+的加速,验证了结构优化的正确性。模拟了当相邻加速腔之间存在耦合情况下,加速电压在加速腔首尾产生的减速效应。模拟了减速效应对加速电压时序设置的影响,并提出了抑制减速电场对粒子注入的措施。通过实验验证了减速场的存在以及对减速场抑制措施的可行性。