从理论和模拟两方面研究了西安质子应用装置二极铁、四极铁电源电流纹波对引出束流的影响，并根据模拟结果确定出以下单种磁铁电源电流纹波标准：对于聚焦四极铁电源，电流纹波/设定值应小于1.2×10-4；对于散焦四极铁电源，电流纹波/设定值应小于2×10-3；对于二极铁电源，电流纹波/设定值应小于4×10-4。因西安质子应用装置同步环上所有磁铁电源采用同一纹波标准，综合考虑所有磁铁电源电流纹波后，最终确定电源电流纹波/设定值应小于1×10-4。

采用包含空间电荷效应的束流光学计算软件TRANSOPTR对CYCIAE100回旋加速器轴向注入线进行设计，在综合考虑空间布局、元件选择、真空度、空间电荷效应、轴向磁场和造价等问题后，最终确定了轴向注入线的聚焦结构。将数值跟踪获得的真实磁场下螺旋偏转板传的输矩阵编写到TRANSOPTR程序中，从而实现了从离子源出口至偏转板出口的束流光学匹配。介绍了CYCIAE100回旋加速器轴向注入线的设计思想、布局结构和束流光学计算结果，并给出了主要元件的设计结果。在确定中心区结构和对中轨道后，采用多粒子轨道跟踪的方法进行中心区束流匹配的研究，通过对数值模拟的结果进行椭圆拟合并结合解析公式计算得到注入点处匹配矩阵，为注入线的设计提供拟合条件。

介绍了紧凑型回旋加速器CYCIAE-100的特点及设计过程中重点考虑的一些物理问题，如紧凑型直边扇磁铁结构的轴向聚焦、异性高频谐振腔的设计、空间电荷效应等。研究了该加速器的调束技术，包括调束方案、诊断设备布局及径向靶测量的束流信息、物理图像。CYCIAE-100的主磁铁设计中，为降低磁铁和高频腔的加工难度而采用直边扇形磁极，为解决直边扇形磁极在大半径处的轴向聚焦力下降的问题，采用变气隙技术，从而有效提高轴向聚焦力。采用自行开发的基于PIC技术的宏离子模拟程序OPAL-CYCL进行了空间电荷效应的研究，结果表明，CYCIAE-100的极限流强为10 mA。