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自由电子激光（FEL）和高亮度光源等应用都需要高能高质量的电子束，射频直线加速器（Linac）是获得这些应用所要求的电子束的最佳方法。中物院应用电子学研究所的30MeV Linac是为FEL实验建成的国内第一台L波段驻波腔加速结构Linac，它涉及到加速器物理、微波电子学、真空物理学、电子学和控制学等多种学科，是一个非常复杂的系统。本论文围绕这台加速器系统的组成、结构和性能参数主要开展加速器物理和数值模拟研究，在此基础上首次对电子束能量回收技术进行了分析和针对30MeVLinac用于电子束能量回收实验的可行性进行了整体数值模拟。 首先围绕L波段1+1/2腔RF-GUN注入器进行理论分析和数值模拟研究。分析了RF-GUN加速腔中的电磁场结构和电子运动规律，得到电子束在加速腔中运动时束流横向发射度是振荡变化的，与数值模拟结果吻合。利用数值模拟方法研究了加速场强、注入相位、束团大小、形状、电荷等因素对束流横向发射度产生的影响。针对PARMELA程序应用，分析了电场中热阴极发射特性，编写出了符合肖特基效应的热阴极初始束流文件，为PARMELA程序直接用于热阴极RF-GUN动力学模拟提供了一种方法，并用此方法对30MeV Linac的1+1/2腔热阴极RF-GUN注入器进行了数值模拟研究，给出了该注入器输出束流性能参数，并对阴极发射电流和首腔加速场强的优化进行了讨论，得到首腔加速场强为整腔加速场强的0.5倍时，输出束流性能参数最佳。 α-磁铁的功能是束流电子能量选择和脉冲宽度压缩，在30MeV Linac系统中起着非常重要的作用。论文对α-磁铁的有关物理问题进行了较为详细的论述，从解析形式和数值模拟两个方面给出了α-磁铁的磁场分布，对单个粒子在α-磁铁中的运动进行了分析，利用数值求解方法研究了带电粒子在理想四极磁场中的运动规律，提出了归一化运动方程和理想轨道等物理概念，定量给出了消色散的入射角、轨道长度和x方向最大距离的解析表达式。利用GPT程序对30MeV Linac中的α-磁铁进行了动力学模拟，给出了电子束在α-磁铁中的运动图像，研究了注入器输出束流经过α-磁铁后束流发射度的变化、束团长度的压缩效应、能散度的变化以及α-磁铁实际的消色散入射角。 30MeV Linac加速系统由三个加速段组成，加速电子能量28～29MeV，平均宏脉冲束流290mA，亮度达到2×1010A/（m.rad）2。根据30MeV Linac结构和元件参数进行了整体的数值模拟，模拟结果表明：30MeV Linac中各个加速段的结构与性能较好，输出束流的发射度和能散度都较小，束线的设计也较合理。虽然第一加速段之前的漂移距离较长，但缩短该漂移段距离的模拟表明对提高束流性能的作用不大。整体数值模拟给出了加速过程中的束流电子轨迹和电子能量、束流发射度和束团长度等的变化规律，得到了束线中主要位置处束流的性能参数，大部分参数优于实验测量得到的结果，如果实验系中国工程物理研究院研究生部统进一步调整和优化，输出束流性能还有进一步提高的潜力。 光阴极注入器型电子束能量回收射频直线加速器（PERL）技术是目前Linac技术发展的前沿技术，论文首次讨论了PERL中的主要关键技术，包括有高亮度电子源的光阴极注人器、束流消色散偏转束线设计、高低能束流同轴注人和输出、超导加速器等，针对30MeV Linac应用于能量回收加速器技术研究的可行性进行了30MeV Linac的PERL整体数值模拟。结果表明30MeV Linac采用光阴极注入器后，可以开展能量回收加速器技术研究和实验。当注入器束流电子能量接近10MeV后，第一加速段与束线中产生的减速相位与加速相位的差是小的，对能量回收效率的影响可以忽略。