射频四极场(RFQ)加速器利用交变电场产生的均匀连续聚焦作用，可以对低能束流同时进行聚焦和加速，已成为离子直线注入器的必备腔型。本论文课题为兰州重离子研究装置(HIRFL)的直线注入器SSC-LINAC研制一台连续波高电荷态重离子RFQ加速器。该器的主要技术要求有:工作频率为53.667MHZ;能将荷质比不小于1/7的17mA离子束流从3.728keV/u加速至143keV/u;以连续波模式(CW)工作。为此，本文首先回顾了RFQ加速器的原理及国际上重离子和CW RFQ的发展现状，然后阐述了该器的设计、加工和实验工作的研究内容。　　在RFQ结构中，聚束过程是能量增长最缓慢的阶段，因此其会占用大量的结构长度。通过提高聚束过程的纵向相移可以缩短这一过程，但容易导致结构出现参数共振现象。此外，对于17mA荷质比为1/7的重离子束流，空间电荷效应所带来的影响已不能忽视，其主要表现在空间电荷力造成的散焦作用会使束流的相移发生变化，导致束流传输与RFQ的聚焦结构不匹配;同时流强较大时还会出现束团的集体效应，出现横向与纵向发射度交换。针对这些问题，作者采取了改进的设计方法，在提高纵向相移缩短聚束长度的同时，增加横向聚焦强度，使结构保持较大的零电流相移，避免参数共振现象，并且使束流的带电流横向相移保持稳定状态，使传输过程满足束流匹配方程的要求，控制发射度增长，同时在优化时考虑了束流均温条件。优化后的SSC-LINAC RFQ电极长度为2.5m、极间电压为70kV，238U34+束流的传输效率达到94％，在聚束段部分接近均温状态，并对不同种类的重离子束流、不同的入口匹配参数和束流品质具有良好的兼容能力。　　由于动力学设计采用了改变横向聚焦强度的优化方式，导致结构的平均孔径不再沿纵向保持恒定。根据通常的电极结构生成方式，电极的横向极头半径也将随着平均孔径变化。但为了降低加工难度，RFQ的极头通常会采用固定极头半径的加工方式。为此，作者针对SSC-LINAC RFQ的设计研究了固定和变化的极头半径这两种结构对束流传输的影响。通过粒子跟踪模拟，发现这两种电极在聚焦系数、孔径、调制系数和电场展开式的高阶项系数等方面存在差异，但差异量级很小，因此未对束流传输产生明显影响。有鉴于此，SSC-LINAC RFQ的电极仍然采用固定极头半径的方式进行加工。　　这台RFQ的工作频率较低，因此采用四杆型结构。在结构和水冷设计研究中重点关注了三方面问题:一是束流动力学和腔体结构对四极场纵向平整性的影响，二是腔体中磁场能量密度分布和各个组成部分的功耗分布情况，三是水冷条件下结构的形变分布。研究表明，在变横向聚焦强度的基础上采用固定极头半径的加工方式会导致电极的极间电容分布发生变化，且这一变化与四极场的纵向不平整度具有高度相关性。合理的水冷设计是SSC-LINAC RFQ能够工作在连续波模式的重要保证，而对磁场能量密度和功耗分布的研究则为水冷设计提供了重要参考。通过仿真计算，该腔在水冷条件下的最大形变为85μm。而对形变和温度场分布的研究则发现，造成SSC-LINAC RFQ电极形变的主要因素并非电极本身，而是支臂顶端与电极相连部分的热形变。　　考虑到实际运行中可能存在的形变问题及其对束流传输的影响，在实验现场利用机械测量臂对SSC-LINAC RFQ的电极安装位置进行了测量。这些工作一方面为了检验腔体的工程质量，另一方面探索了在实验室条件下对电极进行机械测量的方法，同时为今后可能存在的问题保留了原始数据。　　本研究的实验工作包括腔体冷测、功率试验和束流实验三部分。在冷测时，对腔体的频率和品质因数等射频性能、调谐器调谐量以及电场分布进行了测量。腔体未经调谐的频率为53.607MHz，比工作频率低60 kHz;无载品质因数为6440，达到模拟结果的87％以上。调谐器可使腔体频率升高125kHz。电场分布的测量采用小球微扰法进行，作者重点研究了测量过程中的误差来源，并提出了一种对小球重力造成的误差的修正方法。经误差修正的四极场分布与模拟结果一致，不平整度为±2.5％;二极场大小在4-20％之间，且其分布与电极安装位置的测量结果之间存在相关性。此外，还利用模拟程序分析了束流在极端不理想场中的传输情况，揭示了二极场造成的束流包络振荡现象，但尚在可接受的范围内。　　SSC-LINAC RFQ的功率试验从负载因子为5％的脉冲模式开始，逐步提高功率和脉冲时间长度。整个锻炼过程比较平稳，没有明显的打火现象。通过对腔体真空度和频率漂移速率随功率变化的情况进行分析，表明腔体得到有效锻炼，真空度显著提高，频率漂移趋于稳定。目前腔体已经实现了连续波34kW运行，同时测得腔体在连续波运行时的失谐率约为2.18kHz/kW。对水温的监测结果表明腔体能够得到有效冷却。功率试验中还通过测量轫致辐射谱对腔体极间电压进行了标定，结果显示极间电压达到70kV时腔体功率约为35kW，特征分路阻抗为354kΩ·m。　　SSC-LINAC RFQ在连续波模式下进行了16O5+离子和40Ar8+离子的束流实验，。测量显示该器对高电荷态重离子40Ar8+的传输效率可达94％，用飞行时间法测得的16O5+离子出口粒子能量为141.89keV/u，40Ar8+离子出口能量为142.78keV/u，达到了设计要求。