无论在地球稠密大气层之外的空间区域,还是在地表各类中子辐射场,要获得中子剂量,必须先得到中子能谱,作为中子能谱测量仪器之一的多球中子谱仪因其操作简单、各向同性等特点受到广泛应用,传统的多球中子能谱测量仪其测量范围一般只能达到20 MeV左右,且探测球的个数多,整体仪器异常笨重,存在“球球干扰”、“一致性差”等问题,所以本文旨在研究一种操作简单,可测较宽、较高能量范围以及便携的中子能谱测量装置及其解谱方法。本文在国家自然基金面上项目“抽注水多层同心球宽量程新型中子能谱探测器研究”(No.41774120)、国防工业科技局技术基础研究项目“空间辐射中子测量和剂量校准技术”子题“空间辐射中子能谱分析技术研究”(No.JSJL2014404B001)、四川省重点研发项目“抽注水多球中子能谱测量系统研究”(No.2019YFG0430)等项目资助下,开展了抽注水多层同心球中子能谱探测器的设计及其神经网络解谱工作,获得主要成果如下:(Ⅰ)首先研究探测器内外空气、改变慢化材料、不同探测器结构和不同辅助金属材料对响应函数的影响(特别是定量研究了不同探测器结构和不同辅助金属材料对高能部分响应函数的影响);其次采用非均匀梯度慢化结构和夹层结构相结合的设计思路,设计了一套采用水作为主要中子慢化材料,铅作为辅助材料,通过不同层的同心球壳内抽水或者注水来改变慢化厚度,采用非均匀的水层组合构成不同的探测球阵列的抽注水多球中子能谱探测器,该探测器解决了“球球干扰”、“一致性差”等问题;最后采用FLUKA蒙特卡罗模拟程序研究了抽注水多球中子能谱探测器32种注水情况的能量注量响应函数。(Ⅱ)通过对抽注水多层同心球中子能谱探测器读数矩阵降维方法的研究,建立了抽注水多层同心球中子能谱探测器的响应函数优化t-SNE模型。采用IAEA 403号报告的数据(包括反应堆、加速器、宇宙射线等251种中子能谱)通过t-SNE方法将读数矩阵从32×251压缩到32×2,即从251维数据降维到2维,实现了可视化判断“探测球”相似性,从而进行分类、筛选。同时将t-SNE方法所得结果与PCA方法和SVD方法所得结果对比,验证了t-SNE方法对抽注水多层同心球中子能谱探测器的读数矩阵降维效果更佳。(Ⅲ)建立了抽注水多层同心球中子能谱探测器神经网络解谱方法,实现了对抽注水多层同心球中子能谱探测器探测的计数值进行解析,确定了在抽注水多层同心球中子能谱探测器解谱应用中最佳隐层节点数和最佳训练函数算法;为解决在实际的抽注水多层同心球中子能谱探测器计数测量中仪器电子学等部分存在的电流噪声、高斯噪声等问题,对神经网络解谱方法进行了降噪处理,降噪处理结果显示降噪训练产生的神经网络解谱性能稳定,说明降噪训练可在一定程度上抵御计数中由于电子学或其他因素产生的噪声,其对抽注水多层同心球中子能谱探测器的计数值进行解析具有一定的实用性。本文的主要创新点:(Ⅰ)设计了一种新型的抽注水多层同心球中子能谱探测器,并采用FLUKA模拟研究了它的32种注水情况的响应函数矩阵。(Ⅱ)建立了基于t-SNE算法的多球中子谱仪分类方法,针对抽注水多层同心球中子能谱探测器对32种注水情况(探测球)进行了分类,分类结果显示,t-SNE对抽注水多层同心球中子能谱探测器响应函数矩阵优化效果良好,对比PCA、SVD分类方法,能够清晰显示探测球差异。(Ⅲ)建立了抽注水多层同心球中子能谱探测器神经网络解谱方法,可实现对抽注水多层同心球中子能谱探测器所测得的能谱进行重建。