报道了一种采用双磁透镜校正像差的脉冲展宽分幅相机，并对其空间分辨率、场曲及象散特性进行分析。当缩放比例为2∶1时，采用单透镜的分幅相机工作面的半径为15 mm，离轴15 mm处空间分辨率为2 lp/mm；采用双透镜对像差进行校正后，工作面的半径提升至30 mm，离轴15 mm处空间分辨率提升为5 lp/mm。通过实验和仿真对单透镜和双透镜成像系统的像场弯曲进行拟合，场曲面离轴15 mm处成像点与轴上像点的轴向距离在单透镜成像系统中约为11 cm，在双透镜成像系统中约为3 cm。对双透镜系统的象散进行分析，并对子午像面和弧矢像面进行拟合，相机的子午空间分辨率和弧矢空间分辨率均可达到10 lp/mm。

介绍了一种脉冲展宽分幅变像管,并对其场曲特性和离轴空间分辨本领进行了分析。该分幅变像管采用多个短磁透镜将产生于阴极的电子图像成像于微通道板接收面。通过模拟仿真对透镜个数成像的场曲特性进行了研究,并通过实验进行了验证。仿真计算结果表明,采用多透镜可有效校正成像系统场曲,提高空间分辨率。当成像比例为1∶1时,在离轴30 mm处单透镜、双透镜、三透镜和四透镜成像面与高斯像面的轴向偏离分别为13 cm、4.7 cm、2.5 cm和1.7 cm。测试结果表明,采用四透镜成像系统的离轴调制度较单透镜提升了约40%。

透射质子的能损和散射角是质子照相成像模糊的主要来源。基于Zumbro聚焦成像磁透镜的质子照相技术, 可基本消除散射角引起的成像模糊, 实现几十μm的空间分辨, 但无法对能损信息进行优化是其空间分辨能力难以进一步提升的主要原因。为利用透射质子的能损信息, 进一步提高质子照相的空间分辨能力, 提出了一种新型的成像磁透镜, 称之为能损型聚焦成像磁透镜。基于11 MeV低能能损型质子照相的实验束线和Geant4模拟软件, 建立全过程照相模型, 研究11 MeV能损型成像束线的空间分辨能力。模拟研究表明: 对于10 μm厚的Al箔, 考虑点扩散函数等测量系统成像模糊的影响, 11 MeV能损型成像束线可实现约30 μm的空间分辨。与等大型Zumbro磁透镜相比, 空间分辨能力得到显著提升。

设计了一种大探测面积磁透镜分幅变像管。通过理论分析和模拟仿真的方法对单透镜和三透镜两种结构的分幅变像管在不同离轴位置的空间分辨率特性进行了研究，并通过实验进行验证。在仿真计算中，当成像缩小倍率为21时，单透镜结构仅能在10 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率，而三透镜结构能够在30 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率。在实验测试中，单透镜结构仅能在12 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率，而三透镜结构则能在27 mm离轴半径内达到5 lp/mm的空间分辨率。实验结果表明，采用三透镜结构设计的分幅变像管，其有效探测面积比单透镜结构大4倍以上。

采用双磁透镜设计时间展宽分幅变像管，对其空间分辨特性进行模拟和测试。采用2#分辨率板测试像管空间分辨率，以及大面积阴极测试像管在离轴位置的空间分辨能力。测试结果表明，双磁透镜像管的空间分辨率为74 μm；在图像缩小1 倍时，能有效分辨阴极距离中心轴位置30 mm 的信息。像管的空间分辨率和在阴极离轴位置的分辨能力都优于单磁透镜像管。因此，双磁透镜能有效提高时间展宽分幅变像管的空间分辨特性。

根据加速器束流输运线设计的比例定律，设计了适用于ICF内爆DD反应产生的3.6 MeV准单能质子束成像的磁透镜系统。通过公式推导以及束流动力学追踪模拟，获得了类似于几何光学成像中的物像关系，并使用三维粒子追踪模拟验证了磁透镜成像的物像关系。物像关系的满足，使得可以对磁透镜系统进行封装，然后根据物像关系,选择不同的物距以及相应的相距,就可以对物体成不同大小的像。

采用粒子模拟(PIC)方法模拟了强流电子束在薄磁透镜中的聚焦。建立了强流电子束的聚焦模型，模拟了“神龙一号”加速器某次实验的结果，得到的模拟结果非常接近实验值，证明采用建立的PIC模型模拟强流束经过磁透镜时的聚焦是可信的。应用此模型模拟了电子束参数(入射半径、发射度、能散度、相位角等)对焦斑直径的影响,结果表明：在模拟条件下，电子束平行入射时最佳束包络半径位于20.0~22.5 mm；发射度和能散度对焦斑直径的影响和理论公式吻合得较好；只有入射电子束包络半径和相位角匹配时才能得到小的焦斑直径。

为了解成像磁透镜系统使用对提高质子照相品质的作用, 研究了成像磁透镜系统对核反应产生的次级质子的消除作用。利用MCNPX模拟了次级质子的能谱, 结果表明：次级质子的平均能量不足照相质子束的50%。从次级质子的能量特性和成像系统质子运动学方面的分析表明：成像磁透镜系统可消除次级质子的影响。利用程序MCNPX对含成像磁透镜系统的质子照相进行了模拟, 结果显示：成像磁透镜系统将次级质子对光程的影响减小到2%以下, 显著提高了图像品质。

以中国科学院近代物理研究所正在研制的轴对称磁透镜为例,设计了两种结构的轴对称磁透镜:带屏蔽铁壳的螺线管透镜和极靴形状为锥形的Glaser透镜。带屏蔽铁壳的螺线管透镜产生的轴对称磁场比较均匀,而极靴形状为锥形的Glaser透镜产生的轴对称磁场比较集中。分别采用了两种物理模型计算磁场,同时应用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟,最后从物理和工程角度对这两种透镜作了全面比较,得出带屏蔽铁壳的螺线管透镜结构更符合设计要求。