Bonner球谱仪对eV到GeV能区中子均有较高的探测效率,广泛用于连续分布中子能谱的测量和中子剂量的确定。为了进行EAST环境下高通量(~108/cm2)中子能谱和中子剂量的研究,本课题组开发了一套Bonner球谱仪系统,克服了以气体型热中子探测器作为中心探测器的传统多球谱仪多对中子通量测量上限的限制。该谱仪系统由直径分别为2.5″、3.0″、3.5″、4″、5″、6″、8″、10″和12″共9个高密度聚乙烯球和经过特殊设计的热中子探测器组成。该中心探测器由两个含6Li F转换体的金刚石探测器(6LiF-CVD探测器)组合而成。通过采用在6Li F转换体与金刚石之间加空气层的方法显著改善了能谱响应,提高了中子测量精度;并采用高速数据采集卡获取实验数据,使用脉冲形状甄别的方法抑制γ本底信号,提高了谱仪在复杂环境下正常工作的能力。利用Geant4程序研究了6LiF-CVD探测器对热中子的能谱响应,在兼顾探测效率的情况下得到了最优化的6Li F转换体与空气层的厚度。利用Geant4程序研究了谱仪的各向异性小于2%。并利用MCNP5程序建立了该谱仪系统的响应函数。实验上测试了多个Bonner球对单能快中子的响应,并与计算结果较好符合[图1(左)],并给出了对应的脉冲形状甄别谱[图1(右)]。最后成功的将该套多球谱仪用于EAST在NBI加热条件下中子测量。该谱仪不仅适用于EAST环境下全域中子能谱和中子剂量测量,也为正在建设的国际热核聚变实验堆(ITER)和中国聚变工程实验堆(CFETR)周围环境下全域中子能谱和中子剂量测量提供解决思路。