射频四极场加速器（Radio Frequency Quadrupole，RFQ）广泛应用于质子加速器装置中，高频率、紧凑型RFQ的发展可以推动质子加速器装置的小型化，同时也面临调谐困难的问题。紧凑型RFQ的性能对腔体尺寸的敏感度高，基于理论物理特性的传统调谐算法难以取得良好效果，而基于腔体实际物理特性的调谐算法则可以解决紧凑型RFQ的调谐难点。本文提出了一种基于响应矩阵和最小二乘法的调谐算法，该算法可以限定求解的范围，避免计算结果超出调谐器可调谐范围的问题；为二极场分量赋予权重，可以高效地降低二极场误差，解决二极场分量难以调谐的问题。根据新的调谐算法分别在模拟环境下的RFQ样机上完成了调谐实验，在搭建的测量平台获得的结果显示：初始状态下二、四极场误差分别为24.09%和1.57%，经过5次调谐后两者误差分别降为2.33%和1.39%，验证了调谐算法的有效性。该调谐算法具有普适性，也可以用于其他频率的RFQ，将来还可以促进质子加速器装置的小型化，推动医用质子装置的普及。

提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案，利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构，在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串，并在此基础上进行高次谐波辐射，产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明，利用264 nm的种子激光，可在束流中形成18次谐波的群聚分量，并能最终产生中心波长约14.58 nm 的锁模多色FEL辐射。

质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑，上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程，掌握质子放疗关键技术，保证产业链安全可控，注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振（ECR）离子源和四翼型射频四极加速器（RFQ）的技术方案，并在漂移管加速器（DTL）段创新性地采用了交变相位聚焦（APF）结构。在这个过程中，通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想，自主开发了APF DTL的底层物理设计软件，相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作，最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析，认定束流中心能量为6.975 MeV，动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。

脉冲宽度在百as（1 as=10⁻¹⁸ s）量级的X射线脉冲在超快科学领域有极为重要的作用。相较于目前世界上大部分运行在自发放大辐射模式的X射线自由电子激光（FEL），增强型自发放大辐射（ESASE）模式可以显著增加电子束的峰值流强，减小FEL的增益长度，可用来产生百as量级的超快X射线。基于典型的软X射线FEL参数，对ESASE方案的参数进行了模拟优化，得到了百as量级、功率可达1 GW以上、波长可在水窗波段且可调节的X射线脉冲，为后续开展ESASE实验及其实验参数的优化提供参考。

X射线同步辐射光源，是现代科学研究中最强大的工具之一。位于中国上海的上海光源，是一台能量为3.5 GeV的先进的第三代中能同步辐射光源。第三代同步辐射光源要提供高亮度、高稳定性的同步辐射来满足实验条件要求苛刻的前沿研究，因此对束流的轨道稳定性有很高的要求。为此，采用机器学习算法进行电子束轨道的控制和反馈。这种基于神经网络的轨道校正方法不依赖于具体的响应矩阵，建立非线性映射关系，并且还可以进行连续的在线再训练，对上海光源的轨道校正和提高束流轨道稳定性有重要意义。

下一代同步辐射光源储存环动力学孔径较小，因而束流注入困难，可以通过纵向束流注入解决这一问题。为了使用更长的kicker脉冲，有必要降低高频频率以增加注入束流到储存束流的时移。因为同步辐射运动，时移更长的束流有更高的动量偏差，所以通过该方法进行注入需要储存环提供足够大的能量接受度和动力学孔径。用SSRF-U的候选磁聚焦结构来展示纵向束流注入非线性优化的可行方法。由一系列高频频率的最佳结果可知，低于界限频率时kicker脉冲不会继续增长。在束流模拟中，采用界限频率与合适六级铁强度，可使SSRF-U储存环束流注入达到最高效率。