金刚石以高导热率、强抗辐射性、高的电子迁移率等优异性能, 成为辐射探测器最合适的材料之一。探测器级的金刚石要求具有极低的杂质含量及位错密度等, 然而实际过程中同时实现杂质和位错的控制十分困难。本研究采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法, 通过前期的参数优化, 在最佳生长温度780 ℃、最佳甲烷浓度5%条件下, 在两个高质量高温高压(HPHT)金刚石衬底样品上进行了MPCVD金刚石生长, 并对衬底和生长层的氮杂质含量与缺陷结构进行了综合表征与分析。电子顺磁共振谱结果表明, 相比两个HPHT衬底样品的氮杂质原子百分数分别为7.1×10-6%和4.04×10-6%, MPCVD生长层的氮杂质原子百分数明显减少, 分别为2.1×10-7%和5×10-8%。由X射线摇摆曲线和白光形貌术测试结果发现, 尽管MPCVD生长过程中引入了部分位错, 使生长层应力增加, 畸变区域较多, 但总体位错与高质量衬底为同一数量级。本研究制备的高纯单晶金刚石有望应用于核辐射探测及半导体领域。

金刚石探测器具有体积小、抗辐照能力强、时间响应快等优点，在核辐射领域应用优势显著。早期金刚石核辐射探测器均采用天然金刚石材料，化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)金刚石人工合成技术的进步，极大地促进了金刚石核辐射探测器的发展与应用。本文从CVD人造金刚石材料入手，分析了制约金刚石探测器性能的杂质与缺陷、CVD金刚石的合成工艺、探测器级金刚石中杂质与缺陷的表征方法，并基于载流子迁移率与寿命乘积、探测器的电荷收集效率等性能指标，总结了CVD金刚石中的杂质与缺陷对探测器性能的影响规律，介绍了国外金刚石核辐射探测器的应用现状并展望了国内金刚石核辐射探测器的发展前景。

主要针对尺寸为75 mm×25 mm的241Am标准体源HPGe探测器探测效率展开研究，通过LabSOCS软件模拟及蒙卡计算研究发现，使用同一种结构类型的探测器测量特定形状的体源，其虚拟点探测器位置与虚拟点源位置满足线性、二次函数、指数等关系。针对确定的探测器，通过点源在对称轴线上不同高度位置实验就可以标定出虚拟点探测器位置，再结合它们的线性函数进一步计算出虚拟点源位置，最后将点源放置于虚拟点位置刻度即可得到体源的探测效率。因此，该技术方法首次提出通过虚拟点探测器位置找到了虚拟点源的位置，是一种全新的刻度方法，已达到实际应用的程度，可以大面积推广应用该技术成果。

研制了一种基于微通道板的超快脉冲中子探测器，对其γ射线灵敏度进行了理论和实验研究。建立了探测器的γ射线灵敏度理论计算模型，利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量γ射线在不同厚度聚乙烯靶中产生的出射电子能谱和出射角度分布，并结合经验公式计算了单个电子在微通道板(MCP)孔道中产生的二次电子产额，最后得到了探测器的γ射线灵敏度，结果表明当聚乙烯靶厚度大于某一值时，γ射线灵敏度基本相同。利用西北核技术研究所的标准γ射线放射源对探测器的γ射线灵敏度进行了实验标定，实验结果与理论计算结果一致。

在轻气炮加载实验平台上, 利用小型闪光X射线源建立了一套脉冲X射线衍射测量系统。利用该测量系统对平面冲击加载条件下LiF晶体微观结构变化进行了研究, 得到了不同冲击加载压力下LiF晶体的单次脉冲X射线衍射图像。实验结果表明: 沿［100］晶向加载, LiF晶体晶格发生了压缩, 压缩量与衍射峰偏移量相关; 基于小型闪光X射线源的脉冲X射线衍射测量系统可实现冲击压缩下材料微观结构变化的定量化测量, 同时具有体积小、操作简单等优点, 为研究弹塑性形变微观机理提供了一种有效手段。

随着核电事业的快速发展,核电厂卸载的乏燃料越来越多。如何处置核电站乏燃料中的次锕系核素（MA）既是核燃料再利用的重要过程,又是闭式循环中的关键步骤。如果处置得当,不仅可以提高燃料的利用率,而且可以将MA变成同位素燃料电池、中子源等有用的核素。国际上认可的处置方法是分离-嬗变,但是嬗变MA的难点是嬗变堆型的选取和如何提高嬗变率。压水堆(PWR)是国内外最成熟的堆型和商业运行的主要堆型,也是现阶段最具有可能进行MA嬗变的堆型。于是,本文利用MCNP程序研究了压水堆嬗变MA的特性,通过研究MA嬗变棒的设计、添加位置和添加量等对压水堆堆芯有效增殖因子的影响,初步探索出最佳的压水堆嬗变MA的设计方案,为我国现阶段进行压水堆嬗变MA奠定了理论基础。

利用133Ba面源和137Cs点源匀速下降,成功刻度了133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率; 利用133Ba面源和137Cs点源非匀速下降,成功刻度了非均匀分布的133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率。结果表明：匀速下降情况下,尺寸为46.8 mm×20 mm和63.5 mm×20 mm放射性133Xe气体体源的探测效率分别为0.155 和0.143,标准不确定度为8.4%(包含因子k=2 )。非均匀分布的体源效率和均匀分布的体源效率两者偏差在14%,线源的偏差在23%,可见由非均匀性引起的误差必须进行校正。

基于RXTE卫星天基数据, 建立了时空坐标系转换、时间修正及历元折叠方法, 构建了用于提取导航信息的Crab脉冲星轮廓, 剖析了该天基载荷结构及特性, 对卫星运行空间背景辐射进行了模拟计算。结果表明, 在设定导航条件下, 空间弥散X射线对航天器单星定轨及多星定位影响在km量级以上。同时阐述了实用化脉冲星导航探测中, 改进导航定位精度急需注意的技术问题。

提出使用面源进行效率转移法刻度133Xe气体体源的探测效率。使用133Ba面源模拟刻度放射性133Xe气体体源的探测效率，在刻度的过程中利用137Cs与133Ba的峰效率比值及133Ba面源远端无符合相加效应，137Cs能峰远近都无符合相加效应等，结合软件模拟建立远近距离峰效率比值的关系，来解决133Ba的符合相加效应。最后，使用面源效率转移法进行气体体源效率刻度，转移法刻度结果和面源模拟法刻度计算值的偏差在±1％以内。

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度，减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器，实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计，从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因，是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置，测量得到能量为5~10 MeV质子穿过10 μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额，验证了理论分析的正确性。