本文设计了一个球形的中子周围剂量当量仪探头，该探头的结构包括球形3He正比计数器、聚乙烯慢化体、铅层、镉层、以及空气通道等。其中铅层与镉层结构以探头中心为球心同心分布，空气通道沿探头径向规则分布。利用MCNP4C程序优化了探头的直径，空气通道的数量、直径及位置，镉层位置与厚度，以及铅层位置与厚度等参数，得到了探头理想的能量响应曲线。其相对能量响应近似落在2因子区间内；探头在5.0keV能量附近的能量响应高估2.04倍，在0.2MeV能量附近的能量响应低估0.42倍。模拟计算探头在宽谱中子辐射场中的能量响应，得到其相对能量响应变化范围为0.55-1.05倍；经修正后探头对宽谱中子的中子周围剂量当量估算偏差小于±31%。本文还设计了一种应用于辐射工作场所中子注量率测量的探头。该探头外形也呈球形，其主要结构包括球形3He正比计数器，空气通道，内外铀层，以及屏蔽铅层等。通过优化探头直径，空气通道直径，以及内外铀层的位置、厚度与235U浓度等参数后，得到的优化的能量响应曲线，其能量响应最大值与最小值比值在热中子到2.0MeV范围内为1.35倍，在热中子到20.0MeV范围内为2.40倍。计算得到探头的角响应偏差在热中子到20.0MeV范围内小于±15%。对宽谱中子的能量响应计算结果表明，探头对宽谱中子的相对能量响应介于0.8-1.6倍之间；经修正后的中子注量率估算偏差小于±33%。随后利用FLUKA优化了探头对高能中子的能量响应。改进的措施主要包括减小屏蔽铅层的厚度，减小铀层的厚度及其235U浓度等。优化后的探头，在热中子到10.0GeV能量范围内，其相对能量响应变化范围为0.5-1.87倍；其中10.0GeV中子的相对能量响应从原来的4.37倍降低到1.87倍。利用结构简化的中子注量率仪探头对设计工作进行了间接的验证实验。验证实验结果为：宇宙射线中子注量率测量结果偏差+13.8%，252Cf中子源中子注量率测量结果偏差+8.87%。