双极晶体管经中子辐照后会引起直流增益退化，在109~1016 cm-2的注量范围内，其直流增益倒数变化与辐照中子注量呈线性关系。对直流增益退化的双极晶体管进行高温退火，能使受到辐射损伤的双极晶体管性能恢复。鉴于此，将双极晶体管进行逆向工程应用，制作成中子注量探测器，经标定后，可实现对中子注量的监测。对探测器的装配结构进行设计后，依托中国工程物理研究院快中子脉冲堆(CFBR-Ⅱ)，在1012~1013 cm-2的注量范围对3DK2222A型探测器和在1013 cm-2的注量范围对3DG121C型探测器进行标定。在得到探测器损伤常数K的分散性存在较小和较大的两种情况下，确定了分散性较小时的有效取值和应用方法，以及在分散性较大时，采取标定的损伤常数K只能应用在同只探测器上的方案，并通过高温退火实验证实了该方案的可行性。

缓发中子有效份额βeff是反应堆动态特性的重要参数，也是相对反应性与绝对反应性之间的转换桥梁，对于以反应性作为宏观参数的检验工作具有重要意义。测量采用基于Rossi-α方法的Nelson数法开展了快临界装置βeff的实验研究。通过采用铅屏蔽、更薄的6Li玻璃闪烁体、脉冲幅度甄别三种措施，降低了γ射线对测量的影响。实验中测量了反应堆从-60 ￠到缓发临界之间的7个状态，最终测量得到βeff值为0.006 66，不确定度为7.88%；与理论计算数值偏差为2.15%。测量结果与理论值符合良好，表明了测量方法的有效性.

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器(MSND)性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究.研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高.沟槽宽度和沟槽间距为15 μm和5 μm是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线.当系统甄别阈取300 keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5 μm和200 μm时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137Cs源662 keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1×103,与平面探测器相比提高了23.7倍.本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点.

采用蒙特卡罗方法, 通过MCNP5程序对实验大厅内不同散射体产生的散射贡献及散射中子分布进行了计算。结果表明, 散射中子强度随离开临界中子源距离先呈减小趋势, 在接近大厅墙壁处则出现增加, 呈现明显的“W”形状。同时设计并验证了模拟结果的正确性, 结果表明模拟计算与实验测量结果的趋势相同, 证明了计算结果的可靠性。

为突破传统半导体核探测器耐高温与抗辐照性能不足的瓶颈, 采用4H-SiC宽禁带半导体材料研制了4H-SiC探测器, 并研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率和能量线性度。所研制4H-SiC探测器漏电流低, 当外加反向偏压为200 V时, 其漏电流仅14.92 nA/cm2。采用具有5种主要能量α粒子的226Ra源研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率, 获得4H-SiC探测系统对4.8~7.7 MeV能量范围内α粒子的能量分辨率为0.61%~0.90%, 与国际上报道的高分辨4H-SiC探测系统能量分辨率一致。同时, 实验结果表明: 4H-SiC探测系统对该能量范围内α粒子的能量线性度十分优异, 线性相关系数为0.999 99。

为了减少Am-Li中子本底对高浓铀部件质量主动多重性测量的影响,对大空腔探测系统(NPL-NMC)Am-Li中子本底的优化屏蔽进行了模拟研究,提出了一个基于高密度聚乙烯为中子屏蔽体的优化方案。通过对比模拟结果与屏蔽前实验测量结果,发现屏蔽使Am-Li中子本底探测效率明显降低,从原来的15.77%降为屏蔽后的1.94%,大约降低了87.7%;而屏蔽对裂变中子计数的影响却相对较小,只比屏蔽前降低约2.4%。本底中子计数的降低明显提高了系统对铀部件质量测量的灵敏度,在3000 s测量时间内,其质量测量下限从原来的大约6.4 kg下降到屏蔽后的2.6 kg;同时,屏蔽后的NPL-NMC系统在相同测量条件下,铀部件质量测量准确性提高50%以上。

针对中子多重性测量技术中点模型假设在军控核查情况下存在的局限性,为提高核查可靠度,研究点模型算法在**级球壳型钚部件测量中的逻辑悖论,提出了点模型修正算法。在点模型算法中引入自发裂变中子和氧化物次生中子的二阶矩及三阶矩修正因子,获取了修正后的点模型公式。利用探测效率和门份额均为1的理想中子多重性探测器,结合蒙特卡罗模拟平台,研究了修正因子与球壳型钚部件质量、泄漏增殖因子的关系,并定量了该关系,提出利用迭代法求解修正后的点模型公式。结合蒙特卡罗方法对修正算法进行了数值验证,与点模型算法结果比较: 修正算法能将质量偏差平均值从-4.70%降低至-0.70%,氧化物含量份额偏差平均值从11.45%降低至2.31%。

为了对核弹头中拆卸下来的和处于库房存储状态的核部件的质量进行无损测量，搭建了一个由32根3He正比计数管和方型高密度聚乙烯慢化腔体构成的中子多重性探测器，采用8通道电子学处理器件进行中子脉冲信号分析，基于5组252Cf中子源对中子多重性探测器进行标定，验证了自主开发的标定算法，获取了系统标定参数。分别对6个**级罐装钚部件，7个罐装铀部件进行中子多重性实验测量，实验分析结果显示: 基于点模型修正后的钚部件中子多重性质量测量值与标称值偏差小于1.5%，基于双Am-Li源标定曲线法的铀部件质量测量偏差小于5%。

为优化中子多重性探测器设计、指导多重性实验的正确实施，论述了利用蒙特卡罗程序获取中子时间脉冲序列链进行多重性随机模拟的方法。提出了一种新的三均分算法计算中子衰减时间常数，解决了生成时间序列链超大矩阵排序问题。基于大空腔探测系统，利用无死时间的时间序列链经过数据解谱，分析利用252Cf中子源标定的参数在钚样品多重性测量过程中的匹配问题，考察了探测效率的差异和二阶矩三阶矩的门份额的适用性，并提出了移位寄存器(MSR)处理过程中门宽的优化选取原则。模拟了大量不同质量的钚样品，建立了大空腔探测系统的质量相对标准偏差(RSD)曲线。结果表明: 252Cf源标定的探测效率比Pu样品的效率差3%左右，比值法与公式法计算的门份额完全一致，大空腔探测系统对公斤级的金属钚在1000 s时间内的质量测量RSD约为4%。