在放射性核束物理快速发展的国际环境下,中国原子能科学研究院提出了建立北京放射性核束装置的建议,需要设计一台最高能量为100MeV,平均流强200μA~500μA的质子回旋加速器作为驱动加速器。考虑到已有的技术储备、多束流可变能量的引出要求和投资费用,这台加速器采用外部加速负氢剥离引出质子的紧凑型回旋加速器方案,此将成为国际上该能级的首台紧凑型强流回旋加速器,因此在设计和研制中会存在很多的技术难点。本论文是围绕如何解决紧凑型回旋加速器的轴向注入和中心区运动问题而展开的。这些问题的成功解决,无论是技术上的还是理论上的都将会有着重要的意义。论文对该强流紧凑型回旋加速器从离子源出口至中心区整个注入和加速过程的束流动力学进行系统的研究。解决了包括主磁铁通道、低能束脉冲化等非常规部件在内的轴向注入线布局、匹配计算,并研究了中性化等问题;针对螺旋静电偏转板研究了传输矩阵、边缘场效应的问题;着重研究了中心区内离子在静态非均匀磁场、高频电场共同作用下的运动特性,在获得参考粒子加速轨道之后,进行了径向和轴向相空间的束流匹配,研究了径向振荡、轴向聚焦、横-纵耦合等非线性问题,从而确定了注入条件和磁铁极头与中心区电极的结构以获得最佳束流品质。本论文首次提出从离子源出口至紧凑型回旋加速器内部的束流发射度匹配方法,并研究了该类型加速器中心区狭小空间内多物理场耦合的束流动力学问题,完成了CYCIAE-100回旋加速器的轴向注入系统和中心区的设计。考虑到CYCIAE-100工程建设的重要性,在中国原子能科学研究院专门建造了强流回旋加速器中心区综合试验装置对上述设计研究的结果进行试验验证。装置的建造与试验过程中基于物理设计结果开发专用程序指导各类异形非标部件的多轴数控加工;制作专用工具保证螺旋偏转板与中心区的安装精度;通过多测量点监控调束、解决试验过程中的大量工程实际问题,获得了93%的注入效率,高频相位接收度达到设计要求。