开展了E型波导振荡器永磁引导系统的物理与设计研究。对强流相对论电子束在理想方波形反转引导磁场中的传输条件进行了理论分析，给出了相对论条件下轴对称复合场中电子束的傍轴轨迹方程和最小引导磁场的计算公式。根据该理论分析，针对C波段E型波导振荡器高频互作用区的结构特点，设计了反转永磁引导系统，同时给出了漂移管内各个磁场分量的表达式。该系统由轴径向磁化空心永磁体组合产生反转引导磁场，永磁体的总质量约为2.5 kg。采用爆炸发射阴极，展示了强流相对论电子束在该引导磁场中的传输特性。研究结果显示，所设计反转永磁引导系统可引导400 kV、580 A的环形电子束稳定通过半径为6 mm的漂移管，带入器件，得到112.5 MW的4.8 GHz微波输出功率，效率为48.49%，确定了反转永磁引导系统应用于E型波导振荡器的技术可能性。

随着我国核科学与核技术的发展，高丰度同位素的产量无法满足市场需求，极大地限制了相关领域的发展。因此，迫切需要发展高产额、高效率的电磁同位素分离装置。离子源作为电磁同位素分离器中的关键部分，其性能直接影响目标同位素的分离与产额。设计了一台2.45 GHz微波驱动的离子源用于稳定同位素电磁分离器的注入，目标是在引出能量40 keV下产生20 emA Xe⁺及5 emA Mo⁺。为了获得高密度等离子体，设计了双线包螺线管产生放电磁场，并通过仿真软件CST微波模块计算优化了高耦合效率的磁场位型和匹配波导。为了产生强流金属离子束，设计了内置放电室坩埚熔化金属氧化物。模拟结果表明：当加热丝电流为70 A时，坩埚温度最高为917 ℃，可以高效地产生金属钼蒸气，进入放电室进行离化。

Cu-W复合材料由于兼具铜的导热性与导电性以及钨的高强度与高温性能而被广泛应用于电力、电子、塑性成形等众多领域。本研究利用电子束快速凝固的特点，提高Cu-W互不相溶合金体系的固溶度，以改善材料性能。采用粉末冶金法制备Cu-W复合材料，并利用强流脉冲电子束（High Current Pulsed Electron Beam，HCPEB）技术对其进行表面改性，研究不同处理工艺参数对样品固溶度和表面硬度的影响。结果表明：在球磨过程中形成了Cu（W）固溶体，球磨5 h时粉末固溶度的提升最为明显。差示扫描量热分析仪（Differential Scanning Calorimeter，DSC）表明，固溶体在烧结的加热过程中会发生脱溶反应。利用强流脉冲电子束对烧结试样表面进行辐照处理，结果表明：HCPEB辐照可有效提高Cu-W互不固溶合金体系的固溶度，致使辐照表面形成Cu（W）过饱和固溶体合金化层。W在Cu基体中的固溶度随辐照次数而增加，10次辐照后Cu（W）固溶体中溶质元素（W）的重量百分比达到了1.63%；辐照表面的硬度随着固溶度的增加而显著增加，固溶强化和弥散强化效应是辐照表面性能改善的根本原因。

为了实现高功率微波源低磁场及长时间稳定运行，开展了S波段GW级多注相对论速调管放大器（RKA）的理论模拟设计与实验研究。首先，采用一维大信号非线性理论软件优化设计了S波段4腔多注RKA，找到了器件工作的最佳参数：采用电压550 kV、束流4.7 kA的14注RKA，获得功率1.1 GW、效率43%的输出微波。随后，采用粒子模拟软件对理论设计的束波互作用参数进行了验证，获得了输出功率992 MW，器件效率为37%。最后，根据模拟参数开展了器件重频长时间运行实验研究。采用紧凑同轴Marx功率源驱动S波段四腔多注RKA，在电压530 kV、束流5.4 kA、重频20 Hz、运行时间1 s、引导磁场强度0.39 T、注入微波功率1.7 kW的条件下，获得了功率934 MW、脉宽69 ns的输出微波，束波转换效率33%。在器件重频20 Hz、运行时间10 min条件下，坚实了平均功率889 MW、平均脉宽42 ns的输出微波。该研究结果为S波段RKA的低磁场和长时间运行打下了的技术基础。

为推动北京大学超导加速器实验装置不断向强流目标迈进，提出100 W红外高重频光阴极驱动激光的设计方案，主放大器采用先进的光子晶体增益光纤，保证输出光束的质量。对激光系统中的关键问题，如各部分功率指标、脉冲展宽和压缩、激光耦合等进行了设计，并且考虑了激光的非线性影响。为实现强流加速器开机运行所必备的诊断模式，也提出了对于高重频激光进行两级选频的独特设计方案。将高速的SOA光开关和低速的声光调制器相结合，产生宏脉冲结构的输出激光，从而实现加速器在诊断模式下的运行。

能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收，用于加速后续束团，可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外，还具有束团短、发射度低的特点，可有效提高光源的峰值亮度和相干性，是一种很有潜力的未来先进光源。介绍能量回收直线加速器技术的基本原理、相关关键物理问题和技术以及能量回收直线加速器发展现状，最后简要介绍几个国际上提出的典型能量回收直线加速器光源方案。

以电子束在靶中的能量沉积剖面为桥梁，建立了二极管阳极靶温度和热形变模拟方法。该方法可获知二极管不同工作状态下靶的温度分布和热形变情况，为靶热-力学损伤研究提供基础数据，为二极管构型设计和寿命提升提供技术支撑。将该方法应用于“强光一号”短γ二极管，计算结果显示：当阳极离子密度大于10¹⁴ cm⁻³时（强箍缩），靶表面温度最高可达5500～6000 ℃，热形变量达约4.5 mm；无离子流时（弱箍缩），温度处在4500 ℃左右，形变为2.8～3.5 mm。

强流高能离子束可以准等容加热任何高密度样品，制备出尺度大、状态均匀、内部无冲击波的高能量密度物质，为实验室研究高能量密度物理提供了一种独特的新手段。介绍了国内外典型的强流重离子加速器装置及其与高能量密度物理相关的关键参数设计和研究规划；展示了基于粒子和流体模拟的离子束驱动高能量密度物质产生和状态演化规律进展；介绍了一套兼具高时空分辨和高穿透力的高能电子成像诊断技术；分析了中低能区离子束与等离子体相互作用过程中的碰撞和电荷交换微观机制，以及激光加速超短超强离子束在等离子体中的非线性输运和欧姆能损机制。

介绍了利用串级二极管产生高强度脉冲硬X射线的方法及其辐射场参数。以“闪光二号”加速器为平台，通过适应性改造，产生快前沿电压脉冲；研制了两级阻抗1 Ω串级二极管，通过串联分压降低二极管端电压、各级二极管电子束独立打靶在空间叠加形成高强度均匀辐射场。解决了悬浮电极绝缘支撑、二极管阴极均匀发射等技术难题，实现了串级二极管的稳定工作。在总电压约700 kV、电流约310 kA条件下，X射线平均能量87 keV，500 cm²上的平均能注量36 mJ/cm²，剂量均匀性（最大值比最小值）达到2∶1。