单腔多束型加速器是一种新型的强流重离子加速器腔体结构,这种新型加速结构的研究是为了解决离子低能区的空间电荷效应问题和实现超高流强重离子束的加速。低能区的多束型RFQ的成功设计和束流调试证明了单腔多束型加速器的可行性。为了验证中高能区的单腔多束型加速器的原理可行性,中国科学院,近代研究所首次提出并设计了一台81.25 MHz的双束漂移管直线加速器(DB-DTL),它创新性地设有两个束流加速通道,能同时加速两个束流,从而能使现有重离子束流强翻倍。本论文以验证DB-DTL的原理可行性为目标—即验证DB-DTL的两个束孔对束流的加速能力是一样的,可以用来同时加速两个束。论文依次完成了DB-DTL的动力学设计,腔体RF射频结构设计,机械设计和加工,低功率冷测和高功率束流实验。在PiMLOC动力学设计中,DB-DTL设计频率为81.25 MHz,能将1 mA质子束从0.56 MeV加速到2.5 MeV。此外,我们用第三方软件TraceWin对DB-DTL动力学设计进行验证,分别采用DB-DTL的thin-gap模型和RF高频场模型进行多粒子追踪模拟,其模拟结果均与PiMOLC中的DB-DTL动力学设计相符合。从RFQ入口到中能传输线匹配段到DB-DTL出口的粒子模拟结果显示整体的传输效率高达90%以上。在DB-DTL腔体设计中,该腔体采用交叉型磁波(Interdigital H-mode,IH)结构,并创新地在漂移管上设有两个相同的束孔。通过腔体射频结构设计和电磁计算,DB-DTL两个束孔的场积分电压均与动力学中设计的间隙电压基本一样。此外,DB-DTL两个束孔的电场分布基本一样,说明其两个束孔对束流的加速能力是一样的。该DB-DTL腔体将运行在脉冲模式下,其多物理场分析结果显示,该腔体在有水冷的情况可安全运行的最大占空比为10%。DB-DTL腔体机械设计将其分为三个主要部件,即核心部件漂移板和左右两个类半圆柱体腔壳,这三个部件将采用类“三明治”式的方法组装成DB-DTL腔体。DB-DTL腔体加工和组装完成后,对腔体的频率,Q0值,调谐器的频率调谐能力和两个束孔的电场分布进行了低功率冷测,其冷测结果均与DB-DTL腔体的电磁计算结果相符合。最后,DB-DTL腔体将进行高功率束流实验,采用依次对DB-DTL两个束孔分别进行质子加速实验,比较两个束孔加速后的质子能量是否均为2.5 MeV,以此方式来验证DB-DTL两个束孔对束流的加速能力是一样的。本论文的创新点有:一,本论文首次提出了单腔双束孔DTL加速结构,该加速腔体创新地设有两个相同的束孔,中心对称地分布在漂移管上,此结构特点使DB-DTL的两个束孔的电磁场分布基本一样,对束流的加速能力一样,可用来同时加速两个束流。DB-DTL的研究是中高能区多束型加速器原理可行性的验证,可使现有的束流流强翻倍并为实现百mA量级的重离子束加速提供了一种新的技术选择。二,DB-DTL腔体采用一体切割的机械加工方法,其核心部件漂移板包括梁,支撑杆和漂移管等结构,从一整块无氧铜中铣削而成。一体切割成形机械加工最大限度地保证了DB-DTL核心结构的加工精度和各结构之间的高频接触。同时,也验证了一体切割成形机械加工工艺适合所有大型的漂移管型加速器腔体的加工。