能源与环境是人类赖以生存和发展的基础。目前，国际核能源需求迅速增长，核废料及其处理方法却成为了限制核能发展的一个重要因素。为了更有效、安全地解决核废料问题，核物理学家们提出了加速器驱动次临界系统(ADS)。该系统被科学界公认为解决大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力的技术途径。2011年，中国科学院启动战略性先导科技专项----未来先进核裂变能-ADS嬗变系统项目，大大推进了ADS相关的研究工作。强流质子超导直线加速器是ADS装置的重要组成部分。超导Spoke腔因其在中、低能段的优越性能，被广泛应用于强流质子超导直线加速器中。根据ADS加速器粒子动力学要求，超导Spoke012腔作为应用于中国ADS项目注入器I3～10MeV能段的超导腔，其几何β值仅为0.12。如此低β的Spoke腔研制在国际上还是首次，设计加工难度大，被公认为ADS加速器装置低能段的重点和难点。根据中国ADS项目加速器发展的迫切需要，本论文课题围绕注入器I中的超导Spoke012腔展开研究，在国际上首次成功研制了β小于0.15的极低β超导Spoke腔。　　本文针对极低β超导Spoke腔存在的高频性能不理想、二次电子发射（Multipacting效应）明显、机械稳定性低等技术难点，深入实施了数种新腔型的理论研究，包括:为改善低β腔机械性能而提出的3βλ/2腔型、根据传统Spoke腔改良的弧形端盖腔型、针对Multipacting效应而设计的Spoke球型腔等。通过比较这几种腔型的优缺点，综合考虑腔的高频性能及国内现有加工水平，并结合实际工程的需要，选取了弧形端盖Spoke腔作为最终方案。在此基础上，完成了该类型Spoke腔的电磁场和机械性能优化设计，并总结出了一套适用于Spoke腔的优化规律，为同类Spoke腔的设计和加工制造提供了极好的参考。本研究立足国内，与哈尔滨工业大学、北京大学合作，攻克极低β超导Spoke腔加工制造的诸多技术难点，成功完成了Spoke012原型腔的加工制造，掌握了关键制造工艺，并积累了宝贵的经验和教训。同时，本论文利用高能所新建的超导腔后处理基地，积极探索了超导Spoke012腔的表面处理工艺流程。最后，在高能所超导腔垂直测试及水平测试平台上，成功完成了Spoke012原型腔的性能测试。2012年年底完成的垂直测试结果为:4.2K温区，在6MV/m的加速电场下超导腔的无载品质因数Q0为5.8×108，在最大使用加速电场7MV/m下其品质因数Q0为3.4×108，满足ADS质子超导直线加速器注入器I对超导腔动态漏热的要求，技术指标达到了同类超导腔的国际水平;于2013年9月份进行的水平测试结果为:4.2K温区时，在6.5MV/m的加速电场下其品质因数Q0为2.2×108。Spoke012原型腔垂直测试与水平测试的成功标志着Spoke012腔向实际运行迈出了关键一步，是ADS质子直线加速器项目的重要进展。