在航空航天器制造及任务实施过程中,中子探测及其关联技术是一项重要的研究内容。基于中子技术的样品元素成像检测对于航空航天设备的大型部件制备、装配和检测具有重要意义,同时对新型材料的研发,材料性能的评价以及生产过程具有指导作用,是目前人机环境领域的一大前沿研究热点。瞬发伽马射线活化成像（Prompt Gamma Activation Imaging,PGAI）技术由于可以对大体积样品内部的元素成分和位置进行检测,从而提供样品内部感兴趣区域状态,元素迁移和损伤分析等信息,其在航天工业、能源技术和武器检测等领域具有重要战略价值。然而目前的PGAI技术主要应用于小体积样品检测,在测量大体积样品时,面临测量结果的准确度不佳及测量深度有限等问题。同时,传统的PGAI装置搭建在大型中子源平台上,制约了该技术的推广应用。因此,本文针对PGAI技术测量大体积样品,研究了影响PGAI测量效果的物理机制问题,并建立相应的物理修正模型;探索了基于可移动式中子源搭建PGAI测量平台的可行性。本工作旨在提高PGAI测量结果的准确性并摆脱大型平台的束缚,拓展该技术的应用范围。本文首先从中子和核素相互作用的物理过程出发,揭示了影响PGAI技术测量结果的物理机制,提出了修正方法。之后,设计并搭建了一套基于252Cf中子源和高纯锗探测器的PGAI测量平台,对大体积不均匀样品进行了测量。利用提出的修正方法对测量结果进行修正。最后,探索了基于小型化D-T中子发生器的快中子PGAI技术可行性。主要研究内容和结论如下:（1）从中子输运理论出发,对中子衰减和散射造成的样品内部中子场分布不均匀物理机制进行了分析。基于大体积水溶液测量进行了验证实验,并利用蒙特卡罗模拟软件对水溶液内部的中子场进行了计算,建立了初步的修正模型。（2）优化设计了一套基于252Cf中子源和高纯锗探测器PGAI测量平台。根据优化方案搭建了实验平台,对探测器单元、中子源项及伽马能谱获取进行了基准实验。根据搭建的测量平台,建立精确的蒙特卡罗模型并对基准实验进行了模拟计算。将实验结果与蒙特卡罗计算结果进行对比分析,结果表明,在考虑了多种误差来源的基础上,所搭建的蒙特卡罗模型可靠,可以对后续的实验进行精确的模拟计算。（3）利用搭建的PGAI测量平台对大块不均匀样品进行测量分析,提出一种修正模型对元素分布测量结果进行修正。首先构建梯度截面样品,通过活化片测量结合神经网络对未知样品内部不同区域宏观反应截面进行计算。之后通过蒙特卡罗计算得到未知样品内部的中子场以及探测器对不同区域伽马射线的探测效率。最后联立扫描测量得到的结果进行求解,实现元素分布测量。模拟计算和实验测量结果表明,该修正模型提高了测量结果的准确度。（4）探索基于小型化D-T中子发生器的快中子PGAI技术可行性。利用D-T中子发生器和高纯锗探测器优化设计了快中子PGAI测量平台,并根据优化方案搭建了测量平台。对大体积金属样品进行测量,样品由Fe、Cu和Ti三种金属方块组成。结果表明利用快中子PGAI技术测量可行,能准确测量金属样品的元素分布,对中子场进行修正后可以显著提高结果的准确性。