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%。

为确定主动中子多重性反应系数对测量精度的影响,对大空腔探测系统主动中子多重性方法测量铀部件质量的全过程进行了直接模拟,基于MCNPX对28组相同浓缩度、相同密度、不同质量的内径1.2 cm的半球壳型铀部件进行了模拟研究,获得了反应系数与样品增殖的关系曲线。对半球型、内径1.2 cm的半球壳型铀部件的模拟测量质量偏差都在1.5%以内,对内径3.2 cm的半球壳型、半径6 cm和8 cm的圆柱型等形状差异较大的铀部件质量也仅偏小5%~10%。

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%。