本发明公开了一种基于回旋加速器的乏燃料萃取剂α粒子辐照系统及其辐照方法，该辐照系统包括依次连接的回旋加速器、束流降能与传输系统、固体/液体萃取剂辐照靶室以及在线测量与控制系统；固体/液体萃取剂辐照靶室包括真空室以及安装于真空室中的固体/液体萃取剂样品室；在线测量与控制系统包括束流测量室、与固体/液体萃取剂样品室连接的温度控制组件、与固体萃取剂样品室连接的气相质谱仪、与液体萃取剂样品室连接的液体循环控制组件以及与液体循环组件连接的液相质谱仪。本发明能够准确模拟真实工况下的乏燃料萃取剂α粒子辐照效应，对液体与固体两种萃取剂都能进行α粒子辐照，达到萃取剂辐解产物在线测量与分析的目的。