中子照相在国际上经过多年的发展，现在已经应用于多种领域的研究，在发达国家也成为航天航空领域标准的无损检测手段。但在传统技术中，中子照相需要很高强度的中子源，这类中子源设备庞大且价格昂贵，导致中子照相在国内的应用一直没有开展，一定程度上限制了国内无损检测技术的发展。为了推动国内中子照相无损检测应用的开展，北京大学重离子物理研究所开展了低注量率小型中子源中子照相方法及应用的研究。 快中子共振成像作为中子照相的一种特殊技术，不仅能够检查大尺寸物件内部几何结构，还能分辨其中主要元素的含量及分布，从而对其中材料进行分类，发现隐藏的爆炸物。隐藏爆炸物的检查作为反恐的有力工具之一，越来越受到各方的关注。现有的各种技术都不能很好的解决这个难题，而快中子共振成像有可能解决这个问题。这种方法还处于研究初期，没有成熟的方法，所需要的设备也在开发中。 在这个背景下，本人提出了开展快中子共振成像的实验研究。并因该实验的需求和本实验室开展低注量率中子照相研究的共同需要，研发了一套低注量率数字化中子成像系统。 本文的工作首先完成了低注量率CCD数字化中子成像系统的研制。系统基于一台制冷型CCD相机，设计中主要满足高灵敏度和低噪声的要求。该系统能够装配多种闪烁屏进行低注量率下热中子，超热中子和快中子照相。同时能够采用后置屏设计利用厚闪烁屏获得较高分辨率，避免了高成本的闪烁光纤屏的使用。该系统具有高灵敏度，低噪声的特点，能在低中子注量率下进行长时间积累获得较好质量的中子照片。目前已经利用该系统在热中子注量率仅为5×10<3>n/s/cm<2>的情况下获得了一定质量的照片。并且在这套系统上完成了快中子共振成像的初步实验。 此工作中还进行了中子照相图像处理算法的开发。通过对已有算法的改进，提出了多幅选择性平均值算法。该算法避免了基于单次曝光算法造成的γ白斑处的数据缺失，也避免了多幅图像中值滤波对数据的浪费。更加适应低注量率下中子照相的特点。该算法配合以CCD数字化中子成像系统满足了低注量率中子照相研究的要求，为本实验室开展进一步的应用研究与新技术的方法研究创造了条件。为实现低γ干扰的快中子成像，研制了基于ZnS的快中子闪烁屏。该闪烁屏成本低，工艺简单，发光强度不低于已报道的同类闪烁屏。每探测到一个6MeV左右的快中子，平均光输出大于10<5>光子。 考察已有的快中子共振成像实验，本工作选择了一条新的技术路线并进行相关设计。然后利用本工作开发的低注量率成像系统和ZnS快中子闪烁屏完成了快中子成像实验。该实验利用不同能量氘束轰击氘气体靶分别获得平均能量为6.3MeV和6.0MeV的准单能快中子，并用这两个能量的中子进行成像。为了确保实验中获得的中子能量落在共振峰内，采用实验的方法对氘束能量在设计值附近进行扫描。最终确定分别采用3.30MeV和3.60MeV的氘束获得所需要的中子。本工作成功在多元素样品中获得碳元素分布图，清晰地探测到了厚度2cm的石墨，并消除了铝和铜在碳元素分布图中的影像。同国际上报道的最新结果相比，在相似实验参数下，本实验获得的元素灵敏度不低于同类实验结果，空间分辨率较高。 本工作中完成的快中子共振成像实验的初步研究证实该此工作中选择的技术路线可行，并为今后全面开展快中子共振成像应用于隐藏爆炸物检测的研究奠定了基础。而为其开发的低注量率数字化中子成像系统不仅满足了本实验的要求，也满足了实验室进行低注量率中子照相研究的要求。为推广中子照相在国内的无损检测应用提供了条件。