基于反磁回路线圈提出了一种新型在线束流半径诊断结构，该结构可以实现束流的磁场信息和电场信息同时测量并分离，通过分析可以得到束流包络均方根半径和束流的流强信息。着重介绍探头的结构、拓扑电路和模拟实验平台组成，分析探头电场信息的一致性问题，提出改进措施，对改进前后的测量结果进行比较，说明了改进结构的有效性，将电场信号的一致性由原来的94.08%提高到99.60%，模拟束流杆半径测量误差在1 mm以内。

为了对衍射极限储存环的束流横向截面尺寸及发射度进行测量，设计了一套Kirkpatrick-Baez(KB)反射镜聚焦成像系统，并在上海光源(SSRF)储存环进行预制研究。该系统主体由两面垂直放置的KB反射镜组成，分别在水平及垂直方向对弯转磁铁光源点进行成像，系统工作在硬X射线波段，聚焦光斑被闪烁体X射线相机采集。对影响系统成像质量的像差和点扩散函数进行了计算。目前，实现了对束流的实时成像，可精确测量束流横向截面尺寸为75.9 μm(水平方向)和20.2 μm(垂直方向)，系统稳定性(RMS)小于0.1 μm。

对偏心束流在束流管道中产生的电磁场和束流模拟装置的偏心同轴线中的电磁场进行了理论分析。分析表明,在束流模拟装置阻抗较小时,二者存在显著差异。该差异对束流流强探测器、束流位置探测器和束流偏角探测器的标定有一定的影响。如果采用阻抗为50 Ω的束流模拟装置标定束流位置探测器,得到的等效管道半径将比真实值偏小19%。利用理论分析结果,合理地解释了一个B-dot束流位置探测器的标定结果。

在加速器束流诊断中，为了对获取到的逐束团位置数据降噪处理，以获得测量精度更高的数据用于进一步研究，上海光源束测组在束流注入阶段位置数据分析中引入并扩展了模式独立分析方法。将此方法中的数据处理对象由多个束流位置探头获取到的逐圈位置数据矩阵更改为单探头逐束团多圈位置矩阵，通过对矩阵进行奇异值分解提取其主要运动模式。此方法有效地将随机噪声与具有物理意义的真实信号分离开来，提取出加速器物理学家真正关注的束流运动模式，便于后续的束流不稳定性分析。

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。

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器(BPM)用于束流寿命测量的可行性, 并在上海光源储存环上进行了束流实验, 对其性能进行了评估。实验结果表明, 与目前常用的直流流强变压器(DCCT)系统相比, BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力, 有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估, 而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。

介绍了Schottky信号的产生原理。研制了CSRe的Schottky束流诊断系统,该系统由一对平行的Schottky电极板、四分之一波螺旋谐振腔、低噪声放大器及数据获取系统组成。利用能量为481.88 MeV/u的78Kr36+束流对Schottky束流诊断系统进行灵敏度测试。结果表明该系统能够测量流强大于82 nA的束流。

研制了上海光源同步辐射空间干涉仪，用于储存环束团横向截面尺寸及发射度的精确测量。对干涉仪工艺设计中的光路参数、关键设备选型、数据处理方法及数据采集处理软件结构进行了分析讨论。结合束流实验完成了系统调试及运行参数优化，结果表明，CCD增益系数与曝光时间设置对测量精度有显著影响，增益系数设为0 dB，曝光时间设为200 ms时,随机测量误差可控制在μm量级。对上海光源储存环横向束斑尺寸进行了精确测量，结果表明:空间相干度曲线近似为高斯分布，可以采用单一空间频率的相干度测量值进行快速束斑尺寸计算;水平束斑尺寸实测值为52.4 μm，与理论值预期值53.0 μm相比，差异小于2%;系统测量误差约为5.5%，主要误差来源为相干度随机测量误差。