第一部分：　　 中子入射到样品中，与样品中元素的原子核作用，通过热中子俘获反应(TNC)和中子非弹性散射(NIS)反应，感生出瞬发特征γ射线。通过分析这些特征γ射线的能量和强度，可以得到样品中元素类型及含量的信息。中子和中子感生的瞬发γ射线有很强的穿透力，这是使用中子感生的瞬发γ射线对大块物料进行分析的优势。近年来，使用中子感生瞬发γ射线分析技术，在煤炭和水泥工业中对大块物料进行在线分析的应用日益广泛。　　 煤炭是当今世界最重要的能源之一。在煤炭工业中，对煤炭的成分及含量进行快速、准确地分析，获取热值、灰分、挥发分、水分等工业参数，用来指导煤炭的生产和使用，具有极高的经济价值。与传统的化学分析方法相比，使用中子感生瞬发γ射线分析技术对煤炭进行分析具有许多优势。南京大陆中电科技股份有限公司(以下简称南京大陆中电)生产的MJA型煤质成份在线检测装置，使用14MeV中子发生器和BGO探测器，采用散射式的几何结构，实现了对煤炭的全元素分析。　　 C和O元素是煤炭中的两种重要元素。与煤炭中其它多数元素不同，对它们的测量主要是基于快中子参与的中子非弹性散射反应。为了改善煤炭中C和O元素的测量，本文提出了在慢化体中引入孔道的方法，并对南京大陆中电的MJA型装置的简化模型进行了蒙特卡罗模拟计算，并进行了分析讨论。主要结果如下。　　 通过在慢化体中引入孔道，可以使更多的快中子到达煤炭位置，因而能够有效增加C和O元素的γ射线计数，改善C和O元素的测量。此外，通过引入孔道，甚至可以略微增加基于热中子俘获反应的H和Si元素的γ射线计数，改善对H和Si元素的测量。　　 为了获得较好的甚至最佳的改善元素测量的效果，孔道的大小和位置应该慎重选择。通过蒙特卡罗模拟计算，对不同的棱柱形孔道进行了研究。这些棱柱形孔道的下表面都在中子源上方。结果表明，当棱柱形孔道的体积一定时，把棱柱形孔道的上表面选取在中子源和探测器之间大约中间某位置的上方区域，可以获得最大的C和O元素的γ射线计数。考虑到基于热中子俘获反应的H、Si等元素的测量，孔道的体积并不是越大越好。　　 通过在慢化体中引入孔道，可以有效提高C和O元素的测量灵敏度，即增加了单位元素含量变化引起的γ射线计数的变化。通过在慢化体中引入孔道，甚至可以略微改善Si元素的测量灵敏度。　　 H元素是煤炭中的一种重要元素，其含量的准确测量与煤炭中全水分的测定密切相关。随着H元素含量的增加，由于中子自屏蔽效应，煤炭样品中有效热中子通量减少，热中子感生的H元素的γ射线计数偏离线性，影响了H元素的测量。为了修正中子自屏蔽效应，改善H元素的测量，本文提出了一种方法，通过使用更多未充分慢化的中子，在煤炭样品中补偿有效热中子通量的减少，该方法通过在慢化体中引入孔道来实现。蒙特卡罗模拟计算的结果，表明该方法可以有效修正中子自屏蔽效应和H元素Y射线计数的非线性，扩展H元素含量的线性测量区间，有效改善H元素的测量。　　 第二部分：　　 当今世界，石油是非常重要的战略资源。石油原油多采用输油管道运输。原油在输送过程中，在输油管道的内壁会逐渐生成油垢(蜡沉积)，并且随着时间的增长，油垢会越来越厚。油垢会阻碍原油运输，甚至导致管道阻塞，造成严重的经济损失。因此，急需研制一种能够在管道外部检测管道内油垢厚度的仪器，为及时清除油垢提供有价值的信息。　　 实际的输油管道多埋在地下。为了减少挖掘土方的工作量，与射线透射法相比，使用射线散射法测量更有优势。把射线源和探测器放在管道的同一侧，射线源发出的射线(γ射线或中子)与管道中的油垢作用，一部分射线被散射。用探测器探测这些散射射线，根据散射射线的计数可以得到管道中油垢厚度的信息。在国家自然科学基金项目(10565003)的资助下，本部分的研究工作，通过蒙特卡罗模拟计算和实验，对使用γ射线散射法和中子散射法进行输油管道油垢厚度的测量进行了研究。主要结果如下。　　 使用γ射线散射法，对不同几何结构的情形进行了模拟计算。结果表明，管道外无保温层情况下，γ射线计数(γ射线散射计数yg或γ射线相对散射计数yrg)，随油垢厚度(d)的增加而增长的趋势呈S型；可用E指数公式对趋势曲线进行拟合；增加源距(hg)或源管距(tg)，可探测的最大油垢厚度(dM)增加；有保温层情形的dM值比无保温层情形的dM值小。　　 使用γ射线散射法，通过模拟计算研究了土层对测量的影响。结果表明，土层厚度大于20cm时，把源和探测器放在土层上方进行测量是不可行的；在土层中打两个竖直孔道，把源和探测器分别放入孔道中进行测量，能够实现γ射线计数对油垢厚度的响应；在γ射线源和探测器外使用铅块进行屏蔽是必要的；无土层情形的标定曲线，可通过近似处理得到有土层情形的标定曲线。　　 使用γ射线散射法，通过公式计算和模拟计算，研究了康普顿散射对石蜡垢和碳酸钙垢测量的影响，结果如下。只考虑康普顿一次散射的公式计算结果表明，增大源距(hg)，γ射线散射计数(Yg)减小，可探测的最大垢厚dM增加；公式计算结果与蒙特卡罗模拟计算结果符合得很好；模拟计算的结果表明，总散射计数的dM值大于一次散射计数的dM值。　　 使用中子散射法，进行了平板型石蜡和圆柱型石蜡实验。结果表明，使用中子散射法检测石蜡(模拟油垢)厚度是可行的；在一定的石蜡厚度(d)范围内，中子散射计数(yn)与d存在较好的线性关系；较大的石蜡厚度范围内，yn随d的增加而增长的趋势呈S型。　　 使用中子散射法，进行了进一步的实验和相应的模拟计算。结果表明，石蜡厚度(d)在0-12.99cm范围内，中子计数(中子散射计数yn或中子相对散射计数yrn)，随d增加而增长的趋势呈S型，且中子计数在d较大时达到饱和；比较241-Am-Be源、232Cf源和14MeV中子发生器三种中子源，结果表明241Am-Be中子源最适合用于管道油垢厚度的测量；使用241Am-Be中子源，模拟计算结果与实验符合较好，可根据实际情况选择模拟中使用的241Am-Be中子源能谱。