国际热核聚变反应实验堆(ITER)计划是利用磁约束实现热核聚变反应的重大国际合作项目,由中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和印度共同参与。中子通量探测(NFM)作为ITER项目等离子体诊断方面重要的研究课题,通过探测中子通量,可以实时反映ITER聚变过程中的中子产额、聚变能量、能量密度等一系列重要参数。ITRE项目热核聚变反应过程中,在释放大量中子的同时还会伴随产生α粒子、β粒子、γ光子等,而我们需要探测中子信号,就必须剔除其余非中子信号的影响。中子通量探测的研究初步分为以下三个阶段:(1)中子通量探测的关键性问题研究。包括探测器的初步调研、选型和研究,前置放大器的设计,脉冲波形甄别的可行性研究,Campbell积分原理性验证等。(2)中子通量探测原型机系统的研制。所谓“原型机”就是原理性样机的意思,该阶段的主要目标是完成原型机系统研制,进行原型机系统联合运行调试和中子辐射环境实验,并在研制过程中发现和总结问题,为最终用于ITER装置的中子通量探测系统采购包项目的完成提供宝贵的技术积累。(3)中子通量探测系统最终采购包产品研制。其中(1)(2)两阶段的工作是本论文的主要研究内容。中子通量探测系统主要包括裂变电离室探测器、前置放大器和中子通量探测主电子学系统三大部分。中子通量探测主电子学系统又包括硬件系统和软件系统两大部分。其中,硬件系统由n-γ脉冲甄别器、Campbell积分器、基线恢复器、分时数据采集器及配套连接线和上位机组成;软件系统在上位机上运行。本论文的主要工作和创新点如下:(1)利用高速电流反馈型集成运算放大器的多级级联,研制出适用于裂变电离室探测器的高速高增益的前置放大器,电压增益达60dB,带宽优于300MHz。解决了高速高增益电流反馈型放大器容易自激振荡等关键技术问题。(2)研制的高速基线恢复器解决了中子通量探测系统中前置放大器输出信号基线偏移的问题,在保持高速单向核脉冲信号波形基本不变的前提下,将输出信号的基线稳定在零电平,基线恢复器的带宽超过200MHz;有效的基线恢复范围达±3V。(3)提出了利用双恒比定时(CFD)脉冲前沿上升时间测量方法,配合脉冲幅度甄别器实现了中子信号的判选。基于该技术设计出的n-γ脉冲甄别器可以用于探测计数率在0～106cps范围内的中子信号。n-γ脉冲甄别器的幅度甄别精度可以达到小于10mV,前沿上升时间甄别精度可以达到±1ns。(4)研制具有自动增益调节能力的Campbell积分器,解决了大动态范围积分器溢出的难题,实现了在中子计数率探测范围104～108cps内的Campbell积分线性。Campbell积分器配合n-γ脉冲甄别器可以使中子通量探测系统的中子计数率探测范围达到0～108cps。(5)研制出新型的多路分时定标器和波形记录仪,分时时间最短可达1ms,分时定标器和波形记录仪的线性相关系数均为R≈1。中子通量探测原型机系统已经在中核(北京)核仪器厂的稳恒中子辐射场和中国原子能科学研究院的中子源以及质子加速器环境进行了联合实验。实验结果达到预期设计指标,实验数据经过国家放射性计量一级站统一的数据处理,已经被标准化分析研究课题组认可通过。