以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标，开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析，指出同一个电子束轨迹分布，既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽，也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽，由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算，发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小，基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例，当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时，对比大尺寸靶，采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下，获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源，具有一定的应用价值。

针对直线感应电子加速器中的束流特点，设计了一种在线式电子束能量测量方法。该方法使用分析磁铁和束位置探测器对电子束团切片平均能量进行测量，避免了束团取样带来的误差及测量过程对束流的影响，可以实现电子能量的在线测量。使用该方法对某强流直线感应电子加速器的电子束团能量进行了测量，获得了电子束团切片平均能量随时间变化的曲线，能量测量不确定度为0.177 MeV，能散度测量不确定度为0.39%。

对直线感应加速器加速电压的同步性对束流能散度的影响进行了分析，结果表明: 考虑束流负载效应后，束流的不同部分将得到不同的能量增益，前后沿部分相对于平顶部分得到更多的能量增益，从而在一定程度上增加整个束流的能散度，限制了加速器光源尺寸的进一步减小。因此，提出利用调节加速电压异步的方法来调节束流不同部分得到的能量增益，从而在一定程度上降低整个束流脉宽期间的能散度。初步的试验结果也证明，加速电压的异步调节可以明显改变束流整体的的能散度。

基于衰减透射原理的高能X射线能谱测量,采用蒙特卡罗成像模拟的方法研究衰减材料选择对能谱准确稳定重建的影响。设计多孔准直模型模拟X射线穿过不同衰减材料的透射过程,并在单次成像中获得完整的衰减透射率曲线。由衰减透射率求解能谱是一种病态条件问题,采用改进的迭代扰动法进行解谱,计算时考虑透射率计算值与真实值的差异最小化要求以及高能能谱分布曲线的平滑性特点。通过计算分析了材料在能谱范围内的衰减特性变化趋势与能谱准确稳定重建的内在联系。结果表明,选用材料的质量衰减系数需满足在整个能谱分布范围内单调递减的要求。

计算了11 MeV 正电子发射成像回旋加速器18O(p,n)18F反应的双微分截面数据，并采用蒙特卡罗模拟计算方法，分析了单一材料及复合结构对特定辐射源的防护性能。采用单一材料，质量分数为73.8%的重混凝土的防护效果最佳，经过90 cm厚屏蔽层的衰减，距离辐射源正前方1 m处的总剂量降低约5个量级；复合结构采用多层结构，材料选用铁及硼酸溶液，同样厚度即可达到与重混凝土相同的防护效果，密度可降低至少20%。

基于束流沉积法测量回旋加速器内部束流参数将在束测探头上产生感生放射性污染，从而对加速器调束工作人员带来不必要的辐射危害。采用AGM-6型γ监测仪对探头感生放射性进行在线测量，通过测量不同半径处探头受辐射后的空气比释动能率，间接反映探头感生放射性的强弱和危害。研究结果表明，在束流调试实验中，应尽量降低馈入高频的占空比; 探头测量后冷却2~3 h取出，则不需要考虑测量探头辐照后的残留感生放射性的危害。

质子束轰击探测器产生的感生放射性核素，将使探测器成为一个典型的外照射辐射源，针对感生放射性核素种类、活度的计算有利于辐射防护工作的开展。使用FLUKA蒙特卡罗程序，研究了低能质子束(20 MeV以内)轰击三种探头材料(铜、钽、钨)产生的感生放射性问题，得到探头材料在一定照射时间下的放射性核素活度及指定冷却时间后的剂量水平。研究结果表明，质子束轰击铜探头产生感生放射性的能量阈值最低(4~5 MeV)，而钨、钽探头与质子束产生感生放射性的能量阈值较高。相同照射时间下的钨、钽探头产生感生放射性总活度远低于铜探头，在冷却1 h后其放射性总活度降至最低。

为满足高能X射线能谱测量的需要，提出采用MLS法进行能谱测量的方案。MLS法克服了其他测量方法散射不易控制、光场不均匀性影响较大的缺点，还具有对不同角度能谱进行测量的优势。对MLS法的测量原理以及测量过程中的注意事项进行了明确，并利用蒙特卡罗方法针对一特定的X射线能谱设计了两种不同介质的测量装置，并将测量装置自身散射的影响控制在5%以内。