量子色动力学（quantum chromodynamics,QCD）相结构和核物质状态方程是核物理研究领域的热点和前沿,近年来,诸如大型离子对撞实验（A Large Ion Collider Experiment,ALICE）、螺旋形径迹探测器（The Solenoidal Tracker at RHIC,STAR）等相对论重离子碰撞实验在这些研究领域都取得了重大突破。尤其是最新相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC）能量扫描结果显示QCD相变临界点和其它与相结构有关的新物理可能会在低温高重子数密度区域发生,低温高度区QCD相结构成为了当前国际前沿的聚焦点。为了在这一具有潜在重大发现的研究方向上占据领先地位、取得突破,中国核物理学家们提出利用我国已有的兰州重离子研究装置（Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL）冷却存储环（Cooler Storage Ring,CSR）以及正在建设中的强流重离子加速器（High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility,HIAF）,建造一台通用的低温高密度核物质测量谱仪（CSR-external Target Experiment,CEE）。CEE谱仪将是我国首个中高能区的大型重离子物理实验装置,它聚焦低温高重子密度区的前沿物理研究,对探索QCD相图结构及低温高密核物质丰富的物理有重要的科学意义,有望使我国在这一物理研究领域进入世界前列。CEE谱仪以末态带电产物测量为主,飞行时间（TOF）系统因其原理简单、结构紧凑和制作简易等优点,将成为CEE末态带电粒子鉴别的重要手段。本论文的研究目的是为CEE谱仪研制高性能的飞行时间系统,包括内飞行时间系统iTOF和起始时间探测器T0。研究目标是在CEE末态＞95%动量覆盖范围内,实现3σ的π/K/p鉴别,需要iTOF和T0分别达到约30～40 ps的时间分辨。作者通过模拟和计算设计了 iTOF和T0探测器的结构,并结合CEE系统需求选择具有高时间性能、高探测效率的多气隙阻性板室（Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC）作为iTOF的探测器,选择结构紧凑、时间性能好的闪烁探测器作为T0的探测器方案。作者在硕士研究生阶段参与了高压缩重子物质实验（The Compressed Bary-onic Matter,CBM）TOF 和 STAR 端盖 TOF（eTOF）升级 MRPC 设计、制作和批量测试工作,熟悉了解MRPC的工作原理、基本结构以及制作工艺。相比于CBM-TOF和STAR-eTOF,CEE-iTOF末态产物飞行距离更短,因而对时间性能有更高的要求。基于传统的时间数字化读出技术的MRPC时间精度约50 ps,难以满足CEE iTOF系统约30～40 ps时间精度的需求。作者在传统MRPC设计基础上,进行了 MRPC技术的突破和创新,设计了四叠层24气隙结构的MRPC,并通过研究信号完整性和优化读出方案来提高MRPC时间性能。宇宙线测试结果表明研制的MRPC原理样机探测效率高于96%,时间精度好于38ps。相比于传统设计,iTOF MRPC时间精度提高了～12ps,很好的满足了 CEE以及未来新一代核与粒子物理实验更高精度时间测量的需求。T0探测器位于束流线上,通过测量束流到达时间给TOF系统提供起始时间。作者创新性的提出了塑料闪烁体耦合SiPM阵列读出的技术方案,该方案不仅满足不同种类束流需求,同时还具有结构紧凑、动态范围广的优点。论文详细介绍了该方案T0探测器的设计,包括探测器结构设计、性能模拟、性能测试和时间刻度算法研究。GEANT4模拟和重离子束流测试结果表明设计的T0探测器系统时间分辨～20 ps,显著好于技术指标要求。