随机冷却是利用宽带反馈系统对横向束流振荡和纵向能量分散进行衰减的方法。其优点是对于较大发射度和能量分散的次级束等具有显著的冷却效果,因此,随机冷却和电子冷却相结合,可以有效地缩短冷却时间并得到较高品质的束流。兰州重离子冷却储存实验环HIRFL-CSRe(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou-experimental Cooling Storage Ring)的随机冷却装置,主要用于冷却来自RIBLL2(the 2nd Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou)打靶产生的次级粒子束。由于次级粒子束具有大的发射度和动量分散(ε:20-25πmm.mrad,dp/p:±0.5-1.0%),因此必须采用冷却技术来迅速地降低其束流尺寸,从而提高束流寿命和束流品质。目前,国际上的随机冷却装置主要分布于瑞士、美国、德国以及日本。不同的随机冷却系统中的束流参数、冷却参数和用途等都各不相同。因此,研究随机冷却的影响因素不仅有助于提高冷却率以及降低功率需求,而且对随机冷却系统的理论设计和实际运行也具有重要的意义。本文以研究影响随机冷却的各种因素、寻找CSRe随机冷却的最优冷却参数、以及探究更深层次的冷却本质为目标,采用两种方法对CSRe随机冷却的演化过程进行时域分析描述:数值模拟和粒子跟踪模拟。首先,基于已有的CSRe磁聚焦结构,从动力学孔径,接受度,Twiss参数和工作点等进行优化,使其满足随机冷却对于带宽,相位以及稳定性等方面的要求。然后,在优化后的磁聚焦结构基础上,对冷却模拟程序进行开发,并全面分析了如粒子种类、粒子数、束流尺寸、束流能量、Twiss参数、极板探针的数目、带宽、放大器增益、噪声、信噪比、限定功率等因素对冷却时间、冷却率、微波功率、束流利用功率、束流增益、噪信比以及混合因子的影响,从而进一步得到了最优冷却参数。通过模拟得到了CSRe随机冷却对于荷质比为0.46(56Fe26+)、粒子数少于104、以及尺寸较大的粒子束等具有显著的冷却效果。提高冷却率的途径有增加极板探针的数目,增大系统带宽、提高放大器增益以及提升系统的信噪比等。同时考虑功率的限制,得到了最优带宽、放大器增益、信噪比以及限定功率等。此外,降低噪声不仅可以有效地缩短冷却时间,还可以降低对功率的需求。另外,本文着重分析了冷却过程中较大的动量分散对横向冷却过程产生的加热现象,以及较多的粒子数造成的非冷却因素。通过降低放大器增益可以有效地解决粒子数多的情形,但与此同时冷却率会明显地降低。本文创新性地采用粒子跟踪方法研究兰州重离子冷却储存实验环中的随机冷却过程。利用粒子跟踪方法可以很直观地描述随机冷却的动力学过程。该方法深入探究了水平、垂直以及纵向冷却过程中的相互交叉影响,以及内在的物理机制。与此同时,该方法对于在限定功率冷却系统中的粒子数、带宽以及信噪比等因素的影响有着更为详细和深入的讨论。