2017年中国科学院近代物理研究所与高能物理研究所合作成功研制了我国加速器驱动次临界嬗变系统（C-ADS）中的超导直线加速器样机CAFe,实现了连续束流25 Me V/0.17 m A,脉冲束流26.1 Me V/12.6 m A的运行指标。由于ADS嬗变系统对束流稳定性有非常高的要求,研究影响超导加速器稳定运行的基础性问题有着迫切的需求和重大的意义。CAFe装置束流不稳定现象的主要诱因之一是超导腔的场致发射效应引起的系统故障。在加速器运行中由场致发射效应引起的超导腔Pt（Power Transmitted,提取功率）提取信号异常问题在单一超导腔上的发生频率最高可达20分钟一次,是导致运行故障发生频次较高的问题之一。在国际上其他加速器也受到这一问题的困扰。因此,本论文的核心研究目标聚焦于这一异常信号问题背后的物理本质和机制的研究,并探索这一问题的解决方法。Pt提取信号出现异常的原因很复杂,因此首要任务就是对CAFe运行中出现的这种异常信号的物理本质的甄别。通过对Pt异常信号的幅值、持续时间、及控制系统的电子学环路的分析,结合对线上真空介质窗的一系列痕迹检查,得到了结论:提取耦合器中微波窗表面的闪络形式发生的放电现象引起了Pt提取信号异常。闪络发生时超导腔中的射频场没有异常,腔体故障是低电平系统对这一异常信号做出响应的结果。为了探究这种Pt耦合器中的放电发生的原因,论文开展了在线监测Pt信号的实验。通过低电平控制系统对异常信号进行监视并记录腔体在不同电场强度下异常信号出现的时间及现象。通过这种信号出现的间隔时间数据发现,这种异常信号出现的频率与腔体场致发射强度存在正相关关系。利用粒子追踪模拟程序对腔体中场致发射电子在工作场下的运动轨迹进行了模拟,结合对提取耦合器中的微波介质窗表面的元素测试,说明的确一部分场致发射电子最终到达了窗体表面。以上一系列的研究揭示出,腔体中产生的场致发射电子在电场的作用下运动到窗体表面,累积的电子引发了介质窗的沿面闪络现象。为了揭示场致发射电子在窗体表面沉积并发展成闪络的物理机制,论文进行了一系列的分析和讨论。通过分析腔体及Pt耦合器的结构、导体间的间距、真空度、及电磁场的分布,发现窗体两侧不存在激发场致发射电子或高压击穿的强电场。陶瓷窗体表面SEY系数测试结果表明,在场致发射电子数百ke V的能量区间的SEY系数远接近零,不满足二次电子倍增的条件。利用欧洲核子中心开发的FLUKA蒙特卡洛多粒子输运程序,模拟了电子进入窗体后的微观粒子相互作用、能量转化及沉积深度。通过测量腔体场致发射电流的强度得到了窗体充电电荷量,对异常信号波形进行积分得到了放电电荷量。通过窗体充放电荷量的对比,探讨了窗体放电的机制。根据研究结果,论文认为在CAFe中发生的现象与国际上其他加速器报道的问题不同。ETPR（Electron Triggered Polarization Relaxation,电子激发极化松弛）理论描述的过程可以很好地解释本论文中的放电现象,而不是二次电子倍增的过程。论文根据以上的研究结论提出了解决方案。利用端部增大的金属天线屏蔽场致发射电子,使其无法进入提取耦合器。垂直测试结果表明,优化的天线可以实现提取信号的作用且不会影响超导腔的性能及控制系统。优化的天线结构在超导腔后续的运行情况表明,这种Pt异常信号问题得以解决,加速器的运行稳定性得到了提高。