自上世纪七十年代发展至今,分段γ扫描技术（Segmented gamma scanning,SGS）已在核废物无损检测领域得到了广泛的应用,该技术以检测速度快和测量结果相对准确的优势占据着桶装核废物检测的绝大部分市场。但从软硬件设施、核心方法原理、核心部件设计等方面来看,由于技术垄断,国内市场仍主要依靠国外技术支持。随着我国对核电“走出去”的战略需求,自主开发相关设备,打破国外技术的垄断成为当前形势的必要条件。本文针对桶装核废物分段γ扫描技术中效率矩阵构建方法、探测器准直器优化设计方法以及不同环境下活度估算方法开展研究,旨在自主完善桶装核废物无损检测技术流程和实施方案,为桶装核废物分段γ扫描检测技术各关键环节提供一定的参考意见,对放射性废物安全管理具有重要科学意义。主要研究成果和结论如下:（1）SGS系统准直器尺寸优化设计及开发权衡考虑探测效率、层间串扰和环境噪声三方面因素,利用蒙特卡罗方法对SGS系统探测器准直器尺寸优化进行了模拟研究。给出了各种分层（3¹8层）条件下最优化准直器尺寸参数参考表,提出了一套完整的SGS系统探测器准直器设计方案。结合理论研究基础,为开孔尺寸可调型准直器机械装置的设计提供了有效参考,该装置在各电机的配合下,准直器开孔尺寸可实现1×1 cm至40×40cm之间任意矩形形状变换。依据课题组实验环境,本文所取探测器准直器最优参数为:准直器孔深度为21.5 cm,宽度为16.5 cm,高度为6 cm。（2）探测效率矩阵快速构建方法研究采用蒙特卡罗方法对桶装核废物检测中层间串扰影响进行了研究,结果表明:在使用本文设计的准直器尺寸条件下,串扰影响主要来自被测层的上、下两层。在该研究基础上,本文结合蒙特卡罗模拟与数值拟合运算,提出了一种利用体源效率函数构建探测效率矩阵的方法,并给出了相应的函数模型及相关参数。（3）介质均匀度对活度估算的影响研究本工作依据SGS系统样品特性以及物理性质建立了一种适合于桶装核废物样品均匀度表征的方法,并利用Matlab软件编写了相关程序。借助该程序研究了样品均匀度对活度估算准确性的影响,研究结果表明:当样品平均密度相同,桶内放射性核素分布较为分散时,样品均匀度基本不影响活度估算结果。该结论说明,除放射性核素极端分布（单点源情形）情况外,基于样品介质均匀分布假设完成效率刻度工作是可行且合理的。（4）低密度桶装核废物活度估算实验验证研究按照优化尺寸调节准直器开孔,基于放射性核素和样品介质均匀分布的假设,利用体源效率模型函数快速构建效率矩阵。在介质密度沿径向均匀和非均匀分布（单层测试）、介质密度沿轴向均匀和非均匀分布（整桶测试）条件下进行验证实验,结果表明:除极端点源分布的情况,对于¹³⁷Cs和⁶⁰Co源在样品密度低于0.98 g/cm³的条件下活度估算结果相对误差小于±30%,此结果说明准直器尺寸优化设计思路和效率矩阵构建方法可行且合理。基于上述研究内容及成果,本文的创新点主要如下:（1）基于蒙特卡罗模拟提出了一种适合于桶装核废物SGS检测系统的探测器准直器设计方案。（2）结合蒙特卡罗模拟与数值拟合,提出了一种利用体源效率函数构建探测效率矩阵的方法,并给出了相应的函数模型及相关参数。（3）提出了一种适合于桶装核废物样品均匀度表征的方法,并利用Matlab软件编写了相关程序,为核废物的定量检测提供了科学依据。