论文来源于国家863计划资源与环境领域课题“航空伽玛能谱勘查系统研发(编号2006AA06A207)”以及国家自然科学基金项目“核地球物理学天然伽玛场研究(编号40774063)”。航空伽玛能谱测量是一种将伽玛能谱仪装载在飞机上获取伽玛射线能谱和照射量率的一种航空地球物理勘查方法,已广泛应用矿产资源调查、环境辐射调查与评价。采用蒙特卡罗方法模拟航空伽玛能谱测量的仪器谱,不仅为伽玛谱探测器的探测器刻度提供了一种新方法;而且为不同形状伽玛辐射体、不同飞行高度等测量条件下的空中伽玛仪器谱特征,提供了科学参考;对实际航空伽玛能谱测量也起到了指导和定性分析作用,更是提供了理论依据。论文中论述了自然界中天然γ辐射的来源、地-空界面上天然γ能谱的分布特征和γ光子与物质相互作用的机理;建立了基于蒙特卡罗数值模拟的随机抽样模拟模型;在此基础上,自行采用C++语言编制了γ能谱蒙特卡罗模拟软件。应用自行编制的软件,对已设定含量的天然地层介质(其中钾含量为170g/kg、铀含量为0.003g/kg、钍含量为0.01g/kg)进行分析,得出放射性核素中共17种能量的天然放射性γ射线穿透若干高度空气介质后,进入NaI(Tl)晶体中的响应进行模拟。研究及模拟过程中取得的主要成果有:1)对天然环境中主要γ射线辐射体进行分析,得出具体核素(如:214Pb、214Bi、223Ac、208Tl、40K等)及其对应的总共17种γ射线能量,并计算出了各核素在放射性平衡条件下的相对含量,以及各含量对应的对天然γ射线场的贡献值和相对放射几率;2)建立了地表均匀介质中放射性核素种类、放射性核素位置、γ光子初始出射方向、γ光子与介质反应类型及碰撞距离等随机抽样模型,为航空γ能谱测量仪器谱蒙特卡罗模拟提供了理论公式;3)构建虚拟探测器模型,通过对虚拟探测器改变其本身的结构、几何形状和尺寸,放大了实际虚拟探测器几何尺寸,利用虚拟探测器与实际探测器大小间的比例系数,对探测器接收γ光子时位置进腥??有效地提高了抽样效率和减少了蒙特卡罗模拟方差;4)根据伽玛光子在地质介质、空气介质和探测器中的输运过程,编写出航空伽玛能谱测量仪器谱蒙特卡罗模拟软件,该软件具有对抽样次数、探测器大小、模拟高度可调以及显示γ能谱图等功能,显示效果较好;5)通过对不同高度上模拟的γ能谱进行分析,得出航空伽玛能谱测量中飞机飞行高度对探测器的影响及关系曲线,显示高度与全谱面积计数和全能峰面积计数均成指数递减函数关系。