脉冲功率技术是一门融合了电气科学技术、高电压、大电流的新兴技术，它主要研究将在相对长时间里储存的较小功率的能量进行快速压缩和转换，将其有效地传递给负载，本质上放大了输入功率。随着国民经济技术的日益发展，脉冲功率技术在核物理学、等离子体技术应用、粒子加速器、激光技术等领域获得了广泛的应用，其结合了基础前沿性、交叉性，有着广阔的应用前景，是一门国际科技界关注度很高的高新技术。对于强流电子束加速器，高功率高重复频率开关是其关键部件之一，对加速器的工作性能有着关键性的影响作用，气体火花开关具有较简单的结构、大范围工作电压、大的转换电荷量等，这些优势使其被广泛应用于脉冲功率领域粒子加速器。随着社会经济的不断发展，工程应用复杂程度不断加大，重复频率强流电子束加速器的发展要求其功率更大、结构更紧凑，对于开关部件的要求也更高，因此，研究高功率、高重复频率、大电流、导通快（导通时间微秒至纳秒级）、长寿命的气体火花开关能很大程度上提升脉冲装置性能。本论文首先介绍了脉冲功率技术的发展和气体火花开关的国内外研究现状，对气体火花开关击穿的三大理论基础(包括汤森放电理论、经典流注理论和帕邢定律)作了阐述；介绍了气体火花开关的工作原理，分析了其气体放电过程；通过对比多种规则结构高功率高重复频率气体开关，提出了一种不规则腔体的两电极自击穿气体开关结构，该开关工作在MV级，气流通道设计较为简单可靠。运用电磁场仿真软件CST EM STUDIO对开关结构的主要形状和尺寸进行了优化设计，并对开关高压电极和地电极间隙进行了仿真分析；运用电路仿真软件PSpice对开关工作加速器的等效电路进行了模拟，得到开关工作的峰值电流波形，功率波形和能量波形，分析了开关的通道能量、功率等；理论分析了开关电极加热温升过程，运用有限元分析软件ANSYS对开关电极的冷却进行仿真分析，验证外加冷却液方式对开关电极的冷却；最后提出了开关冷却系统装置的初步设计，对冷却液的选取和冷却液流量的确定做了分析研究。