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随着核技术应用的日益广泛，各类放射性使用场所的安全问题显得尤为重要，加强对放射源及其他放射性材料的安全监管需大量使用核技术方法及设备。伽马射线的探测设备，尤其是能够实现定位的探测设备，在核技术领域具有重要的应用价值，在商业上有极为广阔的应用前景。 本论文针对放射源定向、放射源定位、放射源核素自动识别、闪烁体型探测器剂量测量的方法和算法进行了研究，并设计了全方向射线源定位探测系统样机。论文研究了基于编码晶体矩阵原理的放射源定向方法和算法。首先通过理论分析和GEANT4蒙卡模拟验证了编码晶体矩阵的可行性。根据分析结果，设计了基于Csl(TI)晶体阵列和位置灵敏型光电倍增管的探测器。对不同方法计算放射源方向的算法并进行了理论研究和实验验证。实验结果表明，采用双层晶体阵列方案，对于单点源放射源的定位误差水平方向在6°左右，竖直方向在15°左右。研究了全方向定位探测系统用于剂量测量的方法。通过采用G(E)剂量修正因子的方法，使系统可较准确地测量伽马射线剂量。标定后的探测器对均匀伽马辐射场，剂量测量误差在10％以内。 研究了基于全方向定位探测系统的高分辨能谱测量和核素识别方法。针对能谱测量和核素识别的功能需求，优化了前端电子学，使系统具有良好能量分辨率，对于137Cs放射源662 keV伽马射线能量分辨率达7.8％。设计了核素识别算法，使系统可自动识别20余种常见核素。 研究了基于多个探测器的放射源准确定位和活度测量方法。提出了基于多个探测器强度信息、方向信息以及强度信息和方向信息结合的放射源定位方法。实验表明定位误差和活度误差小于5％。 本论文所设计的伽马射线源快速定位探测系统，具有伽马射线源方向识别功能，同时兼具核素识别和剂量测量的功能，在多个重要的涉核单位进行了实验，结果表明该系统可有效提高放射源的搜寻速度，在射线源管控和核事故应急处理等领域具有良好应用前景。