为了系统研究FLASH效应的放射生物学机制，需要一个可以进行超高剂量率细胞辐照实验的平台，该实验平台应具有稳定、大小合适且大范围可调的剂量和平均剂量率。基于国产7 MeV医用质子直线注入器，使用蒙特卡罗程序FLUKA设计并优化了一个单散射照射头。该照射头的材料为40 μm厚度的钽箔，它既充当真空窗又充当散射体，源皮距为26 cm。经过模拟验证，该平台可提供直径为2 cm的照射野，剂量均匀度为4.9%。通过调整单质子脉冲的流强（0.1~1 mA）和脉宽（20~200 μs），该实验平台的平均剂量和平均剂量率可以在6~667 Gy和3.3×10⁵~3.3×10⁶ Gy·s^-1之间调节。基于此，设计了使用单脉冲穿透模式辐照单层细胞的实验，剂量率为3.3×10⁵ Gy·s^-1，剂量在7~40 Gy范围内变化。该实验平台可以探究细胞FLASH效应的总剂量依赖关系，为揭示FLASH效应的机制提供支持。

为实现质子治疗装置的国产化和小型化，基于已完成安装调试的上海先进质子治疗装置（APTR），开展质子治疗注入器系统的升级设计研究，利用PARMTEQM设计软件和快聚束策略，针对APTR同步加速器RFQ直线注入器进行动力学设计模拟。RFQ工作频率为325 MHz，流强18 mA，对从离子源引出的低能质子束流进行匹配俘获、横向聚焦、纵向聚束和预加速，引出能量为3.0 MeV。通过优化预注入器RFQ动力学设计方案和极头参数，有效避免参数共振，减小束流损失，使其整体传输效率达到98.0%，在水平和垂直方向上的发射度增长分别为1.2%和3.3%，出口束流满足下一级腔体的注入需求，开展设计模拟验证和相关冗余度分析，为质子同步加速器的治疗设备和直线注入系统提供参照依据。

针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求，研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统，该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口，以现场可编程逻辑门阵列（FPGA）为核心的控制器作为底层硬件接口，采用分布式的实验物理及工业控制系统（EPICS）进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据，并结合定时系统与联锁系统，控制动态电源按预设电流波形进行输出，并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输，百万次数据传输零误码率。同时，该系统结构灵活、扩展性强，可作为通用控制平台。