清华高平均亮度汤姆逊散射源(Tsinghua Thomson Scattering X Ray Source Phase Ⅱ,TTX-Ⅱ)是以原有的清华汤姆逊散射X射线源(Tsinghua Thomson Scattering X Ray Source,TTX)作为基础,储存由TTX中50MeV光阴极注入器加速得到的低能电子并与激光发生对撞,以此产生X射线的装置。论文围绕TTX-Ⅱ储存环展开,给出了环的物理设计,对其注入过程、集体效应以及平衡参数等物理问题进行了理论分析与模拟计算,并给出了其中关键元件的设计。TTX-Ⅱ储存环的环周长仅为5.668m,由4块二极铁与6块四极铁组成。短二极铁的边缘场会增加储存环竖直方向上的色品,通过参数扫描优化二极铁的参数可以将自然色品的值控制在相对合理的范围内。由于环紧凑性的特点,常规的六极铁矫正方法不能有效地将色品矫正至正值,负色品与正滑向因子的条件下束团的运动会发生头尾不稳定性。通过理论推导与粒子跟踪模拟,发现利用二极铁边缘场注入系统可以增加束团的初始发射度,并通过环内二极铁与四极铁的非线性成分使束团具有足够大的频散产生朗道阻尼,抑制不稳定性的发生。注入引出系统的设计是储存环设计的一个重要环节。为了节省物理空间,二极铁边缘场可以代替切割磁铁对束流进行注入引出,对注入引出过程中束团的相空间的变化进行了模拟计算,发现二极铁的非线性会使束团的发射度增加,并利用这个特性对环内的集体效应进行抑制。直线加速器加速产生的电子束团长度只有1mm,TTX-Ⅱ储存环的二极铁偏转半径较短,因此在注入后的一段时间内会发生较强的相干同步辐射,并且由于束团长度相对二极铁长度不可忽略,在二极铁边缘部分还会产生瞬态的相干同步辐射。论文给出了适用于储存环内的稳态与瞬态相干同步辐射快速模拟算法,对束团注入后的运动进行了多圈多粒子跟踪模拟。相干同步辐射增加束团纵向同步振荡频率,使其丝化过程加快,并增加了束团的能散与束长。高频腔在储存环中为束团提供纵向聚焦,但其会引入Robinson不稳定性。利用紧凑型储存环回旋频率高的特点以及环内元件的非线性引入的频散,在频谱上划分出一个由朗道阻尼与Robinson阻尼共同确定的至少40MHz宽的安全区域,根据这个安全区域对高频腔的本征模进行优化,可以在不加入高阶模阻尼器的情况下,防止不稳定性的发生。