在发电厂、钢铁厂等工业生产中，入炉煤水分的即时检测与控制一直是人们着重关注和努力解决的主要问题之一。有效地检测与控制水分可以提高经济效益、节约不可再生能源、保护环境。为此人们先后研制出多种利用不同原理的水分计，中子水分计就是其中重要的一种。中子水分计利用中子和煤炭中各组成元素的原子核，主要是氢原子核，发生不同的核反应来检测水分，与传统的水分计相比，具有准确、无损、快速等优点。已经发展的中子水分计主要是利用中子在物料中的散射、透射、衰减、扩散等核效应来进行水分探测的，它们在实际应用中取得了良好的效果。近年来，随着核探测与分析技术的不断提高，PGNAA(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis，瞬发伽玛中子活化分析)技术得到了飞速发展，在煤质元素在线检测方面显示出巨大的威力和发展前景。因为要对煤中全元素进行快速、准确的在线分析，现有的大部分PGNAA装置都要采用所发射中子能量比较高、通量比较大的中子发生器，这一方面提高了成本，另一方面限制了它在某些环境中的使用。作为一种探索，我们试图设计一种以同位素中子源为基础的简化PGNAA装置，通过探测中子与氢俘获反应、中子与碳非弹性散射反应放出的特征伽玛射线，根据自身单标准法来分析煤中氢元素和碳元素的相对含量，然后根据一定的经验公式标定煤的水分。我们的装置采用241Am—Be中子源，重水作慢化剂，NaI(T1)伽玛探测器，并且专门设计了一种独特的空心中子慢化体，配合弧形中子反射体，既增加了煤样处的中子通量，又实现了快慢比可调的快、慢双峰中子能谱，以分别实现低能中子与氢元素的俘获反应及高能中子与碳元素的非弹性散射反应。为了能快速、高效地完成实验，所有的实验过程都在MCNP程序中模拟完成。MCNP(Monte Carlo N—particleProgram)是一个程序包，它利用蒙特卡罗随机取样算法模拟核粒子在物质中的输运过程，其计算结果在国际上得到普遍认可。在MCNP中的模拟实验中，计算了对于不同密度(0.8g/cm3-1.2g/cm3)、不同厚度(20cm-30cm)的煤样，氢和碳伽玛计数率随水分的变化。实验结果表明，对于厚度和密度固定的煤样，因水分增加而引起的氢元素伽玛计数率的增加与水分之间基本是一个线性关系，通过这个关系标定煤的水分在模拟实验中的相对误差不超过10％。对于密度和厚度有变化的煤样，实验结果表明，在一些不同的密度、厚度范围内，因水分增加而引起的氢元素伽玛计数率的增加基本不受煤样密度、厚度的影响，与水分之间也可以认为是一个简单的线性关系，对于密度在某一范围内变动的煤样，可以将煤样厚度限制在一个适当的范围内(约为30cm)，以提高测量的准确度，这对PGNAA中子水分计的实际应用有很好的指导价值。