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Apollo和Lunar Prospector(LP)携带的伽马射线谱仪探测了月球表面的氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、钛(Ti)、钙(Ca)、钾(K)、镁(Mg)、钍(Th)和铀(U)等10种元素的全球分布，对于了解月球的形成与演化有重要的意义。在我国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”上搭载了伽马射线谱仪将进一步探测月球表面14种元素的分布特征。本论文的选题紧密结合“嫦娥一号”伽马射线谱仪数据处理和科学反演工作的工程需求，系统研究了伽马射线谱仪探测数据的处理流程和反演方法，并利用LP的数据开展了月球元素、岩石类型及其分布特征的反演工作，为嫦娥一号卫星伽马射线谱仪的数据处理和反演奠定了技术基础。论文主要包括如下几个方面的内容：
(1)概述了伽马射线谱仪探测月球表面元素的发展历程，特别是阐述了伽马射线产生的机理和伽马射线谱仪元素探测的原理；
(2)讨论了伽马射线谱仪数据反演及其模型，以及在“嫦娥一号”伽马射线谱仪数据反演中的应用：
(3)阐述了“嫦娥一号”伽马射线谱仪性能指标，数据处理流程，地面验证实验(模拟月壤的研制及其试验)和初步的探测成果；
(4)以LP伽马射线谱仪探测数据为例，讨论了伽马射线谱仪探测数据科学反演工作，阐述了全球Th的分布特征以及月球化学不均一性的相关性；用LP探测数据首次划分出月球岩石类型的分布，探讨了月球演化对岩石类型分布特征的影响。