射频四级场（RFQ）加速器是一种低能加速结构，它能够直接将离子源引出的低能强流束加速到几个MeV/u，常被用来作为各种加速器的注入器、中子源和离子注入机在世界上得到广泛应用。采用电子回旋共振（ECR）离子源作为RFQ加速器的离子发生装置能够为加速器提供高流强、低发射度的离子束。离子源的引出及低能输运系统，通过电磁场的作用将离子源产生的束流引出并传输到RFQ加速器去，离子束的发射度必须与加速器的接受度匹配。引出系统的设计，直接决定着引出束流张角的大小，以及束流的传输效率。引出电极设计的不合理，会造成引出束流张角过大，并造成束流的损失和传输效率的下降。北京大学从上世纪90年代就展开了全永磁ECR离子源的研究，研制的离子源能够引出100mA的强流质子束，但在引出强流束时，存在束张角过大，束流传输效率偏低的问题。展开引出系统的研究，旨在引出强流束的同时降低引出束流的张角，有着重要的意义。　　 北京大学研制的基于RFQ加速器的中子照相装置，需要将50keV、50mA的氘束流传输到加速器入口。氘离子束流在传输中，存在氘-氘反应产生中子的问题。因此，对氘离子的低能输运段聚焦方案进行合理的设计，给出一个束流传输损失小且能满足RFQ加速器的匹配条件的注入器，是非常有必要的。　　 本论文的研究主要围绕现有的全永磁ECR离子源的引出系统以及低能输运段展开。　　 采用模拟和实验相结合对引出系统进行了深入研究。比较了平板电极和锥形电极下引出束流的传输效果，基于电极形状、加速间隙、抑制电压等参数的分析，设计了新的引出系统。新设计的三电极引出系统，采用90°锥形电极结构，引出孔为6mm，加速间隙设置为12mm。50kV电压下，引出100mA的质子束，束流的半张角由原来的100mrad以上降低到35mrad，大大提高了束流的传输效率。抑制电压的大小，直接影响着束流空间电荷补偿作用建立的起始位置，进而影响到引出区束流的传输。　　 为满足分离作用加速器（SFRFQ）的需要，对原有的RFQ加速器及其注入器进行了升级改造，研制了全新的注入器。系统采用ECR氧离子源产生O+离子，低能输运段采用电透镜聚焦结构。实验研究表明，22kV引出电压下，在RFQ入口处获得10mA的总束流，发射度在0.10πmm.mrad左右，O+离子比为83％。随着聚焦电压的变化，束腰位置可以在RFQ加速器入口前80mm到入口后80mm之间移动，束腰直径为8mm。改进引出电极结构后，RFQ入口总流强达到25mA，经1MeVRFQ加速器加速后，在其出口处获得了3.2mA.的O+离子流。本论文还针对RFQ加速器入口添加分析磁铁进行离子分析，完成了方案设计。　　 对于ECR离子源，通过添加内衬、改变放电室体积等措施，研究它们对ECR放电的影响。实验结果表明，在注入相同的微波功率的条件下，放电室体积减小导致等离子体密度增大，使得引出流强提高，原子离子比也增大；研究了放电室微波功率和进气量对束脉冲波形的影响。放电室内馈入的微波功率较低，ECR放电被延迟，脉冲波形会变窄；进气量少，束流脉冲波形后半段会变低，离子源工作不稳定。针对氘离子传输，进行了低能输运段聚焦方案的设计。采用双螺线管透镜聚焦，可以改变束腰的位置以及发射度的相位，满足RFQ加速器的接受度。氘离子引出的初步实验研究表明，ECR氘源能够引出83mA的50keV氘束流，D+离子比为81.1％，束半张角小于70mrad，能够满足RFQ加速器的要求，为下一步注入器的研制提供了依据。