质子治疗被全球医学界认为是当前十分具有竞争力的癌症治疗手段之一。华中科技大学在国家科技部的支持下,正在展开“基于超导回旋加速器的质子治疗装置”的研发项目。在质子束流的形成、加速、引出、输出过程中不可避免的存在束流损失。产生的次级粒子场使得装置内电气设备处在一个复杂的高强度辐射环境下。电气设备发生辐射损伤后将引起质子治疗装置非正常运行甚至发生医疗事故。因此,对质子治疗装置中辐射场进行分析,评估其对系统中电气设备的影响,并对屏蔽系统进行优化是非常有必要的。首先,本文分析并计算了HUST-PTF中电离辐射的产生、分布以及其对结构材料的影响。HUST-PTF中的高能质子与部件发生相互作用时会产生各种次级粒子,其中影响辐射剂量的粒子主要是能量较高的中子和光子。利用FLUKA分析得到了HUST-PTF中辐射场分布情况,发现降能器和回旋加速器处的辐射最为严重。针对降能器进行了细致化的建模,对其中的辐射场分布以及束损点处的粒子产生情况进行了分析。仿真结果表明,束损点处的剂量率远大于其他部分,同时,绝大部分束损点产生的次级粒子中中子量占比更大,约是光子的两倍。然后,本文基于PSpice分析了HUST-PTF中电离辐射总剂量效应对于电子设备的影响。首先确定了电气设备中易受辐射影响的半导体器件种类。然后通过仿真或已有文献资料得到总剂量与这些电子器件电参数之间的关系。最后将其导入到PSpice中电子设备的电路模型中,利用参数扫描模式就能够分析不同总剂量时电子设备的运行情况。以冲击磁铁励磁电源为例,分析了总剂量效应对FF600R06ME3型IGBT阈值电压和导电因子的影响,并在此基础上进一步仿真得到了总剂量效应对励磁电源输出信号的影响,评估了其使用寿命为8.5年。对其进行加固后电路的总剂量阈值提高了25%。最后,针对HUST-PTF结构紧凑、辐射场复杂、电气设备较多等特点,在有限的屏蔽系统空间基础上,综合考虑了各个工况下电气设备承受的剂量率、各个工况产生的中子和光子的能量分布、以及光子和中子的屏蔽优先级。基于遗传算法和FLUKA,对HUST-PTF中电气设备屏蔽系统的优化提出设计方法,并以降能器系统中步进电机的屏蔽系统为例进行了具体的说明。