本论文对用于兰州重离子直线加速器SSC-LINAC的中能段聚束器进行了全面、系统的设计研究，包括其动力学计算、腔体设计、电磁优化及子系统设计等，还介绍了对其模型腔的设计加工和冷模测试工作的情况。最后，介绍了在近物所开展的其他几种聚束器的相关设计及测试工作。　　 中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器装置HIRFL现阶段由四台加速器组成:(1)扇形聚焦回旋加速器SFC(SectorFocusingCyclotron);(2)分离聚焦回旋加速器SSC(SeparatorSectorCyclotron);(3)同步加速器CSRm(CoolingStorageSynchrotron);(4)储存环CSRe(CoolingStorageRingforExperimental)。SFC单独工作时可以作为主环CSRm的注入器提供较轻的离子束流，SFC和SSC联合工作时可以作为主环CSRm的注入器提供较重的离子束流。一方面这两台回旋加速器采取串联组合，单注入器结构造成CSRm主环的实际的供束时间严重不足，并且无法为主环CSRm提供更重的离子，例如铀束流。另一方面，超重核合成和放射性束流物理需要高品质的中重离子束流，现有的SFC串联SSC的方式无法提供满足实验要求的束流。从目前的情况来看，SSC引出的束流如果要在流强和束流品质上很好地满足物理实验的要求，还需要对现有加速器系统进行一定程度的升级改造。基于以上两点考虑，近代物理研究所设计了一台常温固定频率的直线加速器作为SSC的注入器来改善现有供束效率较低的现状和为超重实验提供满足物理实验要求的束流。SSC-LINAC注入器由一条低能传输段(LEBT)，一台RFQ射频加速器，一条中能传输段(MEBT)和四台IH结构的DTL射频加速器组成。作为中能段最重要的纵向匹配元件，一台高效率的聚束器是本文主要主要的研究方向。　　 目前，针对重离子直线加速器的聚束器设计比较灵活，针对低能束线的预聚束器，由于所需电压不高，可以考虑使用锯齿波等高效的聚束器类型。而对于中高能段的聚束器，由于要求聚束电压非常高（通常可能要几十到上百千伏）就只能采用谐振腔的方式来实现，尽管这种形式的效率很低，但可以提供很高的聚束电压，将束流的发射度及包络控制在一定的范围内。该中能段的在RFQ与DTL腔体之间，经过物理设计的优化，可以通过四个间隙来提高束流的聚束效果，改善纵向匹配，同时多间隙的设计也可以降低间隙电压，从而降低聚束器的输入功率及发热情况，以保障其加工难度和运行稳定性。由于处于低β区，聚束器的设计思路国际上多采用QWR腔体，也就是1/4波长谐振腔，在国际上也有多间隙的成功案例。但由于我所特殊的空间的限制，纵向大约只有260mm的轴向距离，如果算上tank壁厚与法兰的尺寸，整个谐振空间大约只有200mm，这就对QWR方案的实施带来了很大的不便，如果腔体采用53.667MHz的频率，常规的QWR腔体的横向尺寸将会非常惊人，这对后期的腔体安置、加工造价及真空系统的建立都会带来极大的负担。所以最后我们决定设计一种崭新的螺旋型谐振腔，通过将内杆改为螺旋型来降低其长度，以保证在尺寸上可以满足我所SSC-LINAC建设空间的要求。　　 由于在国内暂时还没有这种螺旋形谐振腔的现成例子，而且是多间隙类型，所以在设计工作中优先考虑电磁设计的可实现性，参考国外的成功设计范例，对于束流动力学、电磁结构设计、参数优化及其热力学均进行了仔细的分析计算，并对整体系统的所有子系统进行了初步的设计，包括耦合、调谐系统，功率传输系统，真空系统，功率源系统等等。还针对一个正常比例的模型腔（由泰极公司加工完成），进行了详细的测试工作。测试结果显示了电磁设计和参数优化符合计算值，调谐及耦合系统的设计具有可行性，针对此种聚束结构的难点——机械准直及多谐振回路耦合都得以解决，为下一步铜腔的建造打下了坚实的基础。　　 测试的相关原理及结果都将会在文中详细的介绍，并针对Q值测试的问题进行理论及实际的分析。最后作为对聚束器类型的补充，直接形成方案的锯齿波聚束器、基于带状线原理的正弦波聚束器的理论计算及测试工作也进行了详细介绍，还介绍了多谐波合成的锯齿波聚束器的原理与腔体仿真结果。