双电子复合是聚变等离子体和天体等离子体中最基本的反应机制,复合速率系数是计算等离子体中电荷态分布和模拟等离子体环境辐射谱线的重要参数。配备有电子冷却器的重离子冷却储存环是开展高分辨电子-离子碰撞反应研究的理想平台,基于储存环的双电子复合实验可以获取高精度的双电子复合速率系数,为天体物理和聚变科学研究提供基准数据,同时为理论模型和计算程序提供严格的实验检验。本论文的研究工作着眼于与天体物理相关的高电荷态离子,在兰州重离子加速器（Heavy-ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL）冷却储存环主环（main Cooler Storage Ring,CSRm）上,利用合并束方法测量了类铍钙离子与类氟镍离子的双电子复合速率系数,搭建了基于多丝正比室的高电荷态离子探测器系统,在实验环（experimental Cooler Storage Ring,CSRe）上成功开展了类钠氪离子的双电子复合实验,为进一步开展高电荷态离子的双电子复合精密谱学研究奠定了基础。论文的主要内容分为以下两个部分:1、基于HIRFL-CSRm,利用合并束方法首次测量了类铍钙离子和类氟镍离子的双电子复合速率系数,并从实验数据导出了等离子体速率系数。在类铍钙离子中,实验发现三电子复合对速率系数的贡献十分显著,明显强于AUTOSTRUC-TURE 理论计算的结果。实验中还观测到了处于亚稳态离子的双电子复合过程,结合理论计算分析了这些跃迁通道的电子组态,为进一步开展双电子复合精密谱学实验和检验强场QED效应、测量亚稳态能级的寿命奠定了实验基础。类氟镍离子的双电子复合速率系数谱结构清晰简单,详细对比了实验测量与FAC理论计算的双电子激发态结构。结果表明,在碰撞能量较高的范围内实验与理论彼此相符,但是理论对于电离阈附近共振的描述还不够准确。此外,将实验等离子体速率系数与理论数据进行了对比,并对此前的理论数据进行了评估,表明实验数据可以作为等离子体建模的基准数据;2、研制了一套基于多丝正比室的高电荷态离子探测器及其数据获取系统,并利用它在CSRe上成功开展了首次双电子复合实验,测量了类钠氪离子的双电子复合速率系数,多次实验结果均与CSRm上的实验结果相符合,表明了 CSRe双电子复合实验系统的稳定性与可靠性,为以后CSRe上的双电子复合实验铺平了道路。多丝正比室具有位置分辨能力,不仅可以测量复合离子计数,还可以获取复合离子束的剖面信息,为CSRe提供了非破坏性的束诊工具。利用多丝正比室实时监测离子束流的剖面形状,协助加速器团队将离子束斑优化至约4 mm,达到了国际水平。