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在受控热核聚变研究中，中子参数测量是诊断聚变反应过程特性的主要手段之一，其诊断技术和物理研究已经成为国际相关领域研究的热点和前沿课题。中子诊断可以直接度量聚变装置的聚变功率，同时也是等离子体物理研究的重要手段。聚变中子发射能谱与等离子体燃料离子的动力学过程紧密相关，可以诊断聚变反应三要素中的离子温度。当等离子体中存在大量快离子时，中子能谱诊断可以分析快离子能量分布和密度分布的变化，研究快离子的约束与输运、与磁流体动力学活动的相互作用以及聚变反应堆的等离子体自持燃烧过程等。中子能谱诊断还可以为聚变反应堆的包层材料设计和环境辐射防护等提供重要的依据。针对EAST托卡马克装置，本文在低中子产额(109-1011s-1)和高中子产额(1013-1015s-1)条件下，分别开展了基于芪晶体中子谱仪和双闪烁中子飞行时间谱仪的中子能谱诊断研究。 EAST装置在没有中性束注入加热和离子回旋加热功率较低时，D-D等离子体聚变中子产额约为109-1011s-1。针对此条件下的中子能谱诊断研究，本文建立了一套新型数字化芪晶体中子谱仪。通过引入数字化测量技术将谱仪的计数率上限提高到了1MHz，开发数字化延迟线成形算法和特征频谱比值算法实现了效果较好的粒子鉴别。提出了芪晶体的发光各向异性模型和基于多次散射成分的分析方法，建立了谱仪的中子响应模拟程序，结合加速器准单能中子实验细致研究了芪晶体发光各向异性参数、质子能量响应非线性函数和脉冲幅度分辨率函数，建立了谱仪在0.5-18MeV能量范围的单能中子响应矩阵。在EAST装置的低杂波注入和离子回旋加热条件下首次利用中子能谱开展了离子温度诊断和快离子份额分析。 EAST装置在中性束注入加热系统投入运行后，中子产额将提升至1014s-1水平，并在等离子体内产生大量快D离子。结合EAST装置的实际参数和等离子体物理研究需要，尤其是快D离子的能量和密度分布研究等，本文先后建立了一套球形中子飞行时间原型谱仪和设计一套双环式阵列中子飞行时间谱仪，分别基于Geant4建立了模拟程序，通过优化设计使能量分辨率分别达到4.6％和5.8％，面积探测效率分别达到0.031cm2和0.2cm2。原型谱仪完成了飞行距离、闪烁体尺寸、数字化测量系统等多项实验测试，测量了加速器模拟的D-D聚变中子能谱和Am-Be中子源能谱。基于原型谱仪，首次提出了双环式球形阵列中子飞行时间谱仪的设计，其能量分辨率、探测效率和快离子相关中子能区的信噪比均超过国际同类谱仪。同时完成了谱仪的全数字化测量系统设计，测试了核心硬件的部分性能参数。本文还发展了谱仪的数据分析方法研究，首次提出了双环动态能量选择算法，解决了宽中子能量范围测量中能选阈值难以优化的难题，将中子飞行时间谱高能端由于多次散射造成的本底水平降低了一个量级，为测量快离子产生的高阶高能中子能谱奠定了基础。 另一方面，本文对EAST装置在多种放电条件下的聚变中子能谱和阵列谱仪的飞行时间谱从理论上进行了预言性分析。研究了在不同NBI加热和ICRF加热条件下的快D离子速度分布和聚变中子能谱的特征，建立了通过中子飞行时间谱不同时间窗计数比值的变化来直接分析EAST装置快D离子密度变化的方法。在NBI加热下，通过与Nubeam程序模拟结果的比较，建立了Half-box速度分布模型与谱仪中子响应矩阵卷积快速分析中子飞行时间谱的方法，适用于常规条件下的快速诊断研究。